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東北大學(xué)《Acta Materialia》：高熵合金結(jié)構(gòu)相變方面重要進(jìn)展！

2022-08-18 11:54:04 作者：材料基來(lái)源：材料基分享至：

近日，東北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院在高熵合金結(jié)構(gòu)相變研究方面取得進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Polytypic omega/omega-like transformation in a refractory high-entropy alloy”為題發(fā)表在Acta Materialia（Acta Mater. 2022, 238: 118207）。該研究利用東北大學(xué)分析測(cè)試中心的球差校正透射電鏡結(jié)合第一性原理計(jì)算揭示了難熔高熵合金中的omega和多型類(lèi)omega相變機(jī)理。該論文的第一作者為東北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院已畢業(yè)碩士研究生趙曉波，通訊作者為材料學(xué)院青年教師謝紅波博士和秦高梧教授。該研究主要得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（No. 52101129）和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)（No. N2202013）的支持。

固態(tài)相變無(wú)處不在，是現(xiàn)代材料科學(xué)的基礎(chǔ)。近年來(lái)，BCC型難熔高熵合金（Refractory high-entropy alloys）被認(rèn)為在未來(lái)的高溫合金，超彈和超導(dǎo)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，深入理解合金微觀結(jié)構(gòu)和相變機(jī)理的原子尺度細(xì)節(jié)對(duì)調(diào)控其性能至關(guān)重要。但由于高熵合金的高構(gòu)型熵以及原子擴(kuò)散緩慢，BCC型高熵合金體系中發(fā)生大規(guī)模的omega (ω)相變被認(rèn)為是非常困難的。

在構(gòu)型熵穩(wěn)定的難熔BCC型TiZrNbTa模型高熵合金中，該研究運(yùn)用球差電鏡證實(shí)了體系中發(fā)生了不同尋常的ω和多型的類(lèi)ω相變，并最終促進(jìn)了合金群落結(jié)構(gòu)的形成。這些化學(xué)有序的ω和多型的類(lèi)ω相由相分離產(chǎn)物中的BCC-2結(jié)構(gòu)形核而成。第一性原理計(jì)算表明BCC晶格通過(guò)自適應(yīng)的原子shuffle可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉敲芘诺牧?omega;超結(jié)構(gòu)，而沿a或b軸方向?qū)?0001)ω原子層集體施加一個(gè)特定的切應(yīng)變（基體約束引起的）則可使完全正交的ω超結(jié)構(gòu)過(guò)渡為亞穩(wěn)的非正交類(lèi)ω相。TiZrNbTa合金中ω和多型的ω超結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的發(fā)現(xiàn)表明這類(lèi)相變現(xiàn)象可能廣泛存在于BCC型的高熵合金中，將為后續(xù)設(shè)計(jì)新型的先進(jìn)難熔高熵合金提供理論指導(dǎo)。

另一方面，該研究還進(jìn)一步增進(jìn)了人們對(duì)ω相變的認(rèn)識(shí)。傳統(tǒng)發(fā)生在IV族金屬或合金中的ω相變通常是無(wú)熱位移式、等溫?cái)U(kuò)散位移式或等溫?zé)o擴(kuò)散位移式3種類(lèi)型，而發(fā)生在TiZrNbTa合金中的相變不僅涉及基于原子擴(kuò)散的成分分配（相分離）和位移式轉(zhuǎn)變，還包含無(wú)序-有序超結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和切應(yīng)變引起的原子層集體位移。此外，傳統(tǒng)的ω相通常為納米尺度，具有板條狀或橢球狀，且與BCC基體完全共格；但TiZrNbTa難熔高熵合金中發(fā)現(xiàn)的塊狀ω或類(lèi)ω相為微米級(jí)的，而且與BCC基體呈半共格關(guān)系。

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