{首页主词},&

傳統(tǒng)領(lǐng)域再登《Nature》！首次給出直接觀察證據(jù)

2021-04-30 13:44:55 作者：材料科學(xué)與工程來(lái)源：材料科學(xué)與工程分享至：

自人類(lèi)使用青銅器以來(lái)，金屬材料一直伴隨著人類(lèi)文明的進(jìn)步。時(shí)至今日，合金已經(jīng)演變到中熵合金和高熵合金，并且此類(lèi)材料的研究一直是方興未艾。組成元素之間的焓相互作用也預(yù)期在常溫下會(huì)形成不同程度的局部化學(xué)有序。在局部化學(xué)有序中，化學(xué)短程有序（CSRO）是最難破譯的，迄今為止，這些材料中CSRO的確鑿證據(jù)一直是懸而未決。

在此，來(lái)自清華大學(xué)的朱靜&中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所的武曉雷&西安交通大學(xué)的馬恩等研究者通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，使用適當(dāng)?shù)膮^(qū)域軸微/納米束衍射，以及通過(guò)透射電子顯微鏡的原子分辨率成像和化學(xué)映射，可以明確地觀察到在面心立方VCoNi濃縮溶液中的CSRO。首次給出了中熵合金存在CSRO以及CSRO與位錯(cuò)交互作用的直接觀察證據(jù)。相關(guān)論文以題為“Direct observation of chemical short-range order in a medium-entropy alloy”發(fā)表在Nature上。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03428-z

640?wx_fmt=jpeg&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1.jpg

在此，研究者選擇V-Co-Ni作為模型體系，因?yàn)閂-Co、V- Ni和V-Co-Ni的平衡相圖，顯示了二元和三元金屬間化合物在一定溫度和成分范圍內(nèi)的變化。VCoNi MEA，此前研究認(rèn)為是一個(gè)面心立方（fcc）的室溫隨機(jī)固溶體，因此，是一個(gè)亞穩(wěn)相但具有很大可能性的局部化學(xué)有序。具體來(lái)說(shuō)，研究者假設(shè)這種單相fcc MEA偏好V?Co和V?Ni鍵，同時(shí)避免V?V鍵。然而，要直接觀察這樣的CSROs是出了名的困難。因此，研究者設(shè)計(jì)了系統(tǒng)細(xì)致性的實(shí)驗(yàn)，以避免數(shù)據(jù)擬合和/或多種其他可能的解釋。

通過(guò)透射電子顯微鏡（TEM）觀察，如圖1a所示，顯示了VCoNi MEA中的雙相組織。主要相為fcc溶液，體積分?jǐn)?shù)約為80%。少數(shù)相約占樣品體積的20%，具有長(zhǎng)程化學(xué)有序的L12結(jié)構(gòu)，以板狀存在于fcc晶粒內(nèi)部，并含有高密度的斷層。完全再結(jié)晶的fcc溶液，由等軸無(wú)位錯(cuò)晶粒組成，平均尺寸為1.2 μm。從原子探針斷層掃描數(shù)據(jù)（未顯示）來(lái)看，其成分為V36Co33Ni31，相對(duì)于整體VCoNi成分略有偏移，這是由于L12共存，其中Co和Ni含量稍多。

圖1b為fcc相的晶格像。選擇區(qū)域電子衍射圖（EDP）（左插圖，圖1a右下角）和納米束電子衍射圖（圖1a右圖插圖），以及快速傅里葉變換（FFT）圖（圖1b插圖），除了正常的fcc布拉格點(diǎn)外，沒(méi)有顯示其他衍射信息。在[110]區(qū)域軸下的這些結(jié)果中無(wú)法檢測(cè)到CSRO，而這在之前的瞬變電磁法工作中，卻一直被使用。

圖1 VCoNi MEA的TEM微觀結(jié)構(gòu)。

在此，研究者提供了關(guān)于CSRO的自由度/長(zhǎng)度、原子組裝構(gòu)型和化學(xué)物種對(duì)鄰近晶格面/位的優(yōu)先占用具體信息。研究者對(duì)最近鄰原子殼層上的CSRO序參量和對(duì)相關(guān)性的建模表明，CSRO起源于對(duì)不同V?Co和V?Ni對(duì)的最近鄰偏好以及對(duì)V?V對(duì)的回避。該發(fā)現(xiàn)為鑒定濃溶液合金中的CSRO提供了一種方法。此外，研究者還使用原子應(yīng)變映射來(lái)展示了由CSRO增強(qiáng)的位錯(cuò)相互作用，闡明這些CSRO對(duì)變形時(shí)塑性機(jī)制和力學(xué)性能的影響。

圖2 fcc VCoNi中CSRO的證據(jù)。

圖3 化學(xué)映射指明了交替原子平面上特定元素富集。

圖4 CSRO區(qū)域和位錯(cuò)之間的相互作用。

綜上所述，研究者得出結(jié)論，一個(gè)名義上隨機(jī)的多主元素固溶體可以包含部分化學(xué)有序，即使CSROs難以檢測(cè)。研究者的fcc VCoNi提供了一個(gè)數(shù)據(jù)集，最終證明了在單相MEA中，有一個(gè)接近相圖中心的成分的實(shí)質(zhì)性CSRO。現(xiàn)有的工程合金，通常使用化學(xué)有序金屬間化合物；現(xiàn)在，在像MEAs/HEAs這樣的濃縮溶液中，研究者已經(jīng)確定了它們的當(dāng)量——局部化學(xué)有序和它們的CSRO組成部分。CSRO可以與已知（平衡）第二相的化學(xué)有序相同；它也可以是一種新的亞穩(wěn)序，包括先前在相關(guān)合金中觀察到的序的變體/延伸。

研究者注意到，雖然CSROs的定義局限于（次）納米空間范圍，但建立在CSROs基礎(chǔ)上的局部化學(xué)有序，可以在某些三維空間發(fā)展為遠(yuǎn)程有序。研究者還沒(méi)有充分利用這些化學(xué)非均質(zhì)性，而它們提供了在濃溶液中調(diào)整特性的機(jī)會(huì)。（文：水生）

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站所轉(zhuǎn)載的文字、圖片與視頻資料版權(quán)歸原創(chuàng)作者所有，如果涉及侵權(quán)，請(qǐng)第一時(shí)間聯(lián)系本網(wǎng)刪除。