自2004年首次出現(xiàn)高熵合金(HEAs)和中熵合金(MEAs)以來(lái)，為設(shè)計(jì)具有優(yōu)異性能的材料開(kāi)辟了一個(gè)新的天地。人們進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和理論工作，以揭示許多HEAs/MEAs在常溫和低溫下的優(yōu)異力學(xué)性能和有趣的變形機(jī)制。

來(lái)自南京理工大學(xué)的學(xué)者詳細(xì)研究了Ni₂Co₁Fe₁V_0.5Mo_0.2中熵合金（MEA）在973–1073 K溫度范圍內(nèi)和150–200 MPa應(yīng)力下的蠕變性能。Ni₂Co₁Fe₁V_0.5Mo_0.2MEA在973 K/150 MPa和973 K/175 MPa下具有優(yōu)異的蠕變性能。在973 K處，應(yīng)力指數(shù)n為3.1，表明粘性位錯(cuò)滑行機(jī)制在蠕變變形中占主導(dǎo)地位。測(cè)得蠕變變形的活化能為456.3 kJ⋅mol⁻¹，與Mo自擴(kuò)散的活化能相當(dāng)，表明Mo擴(kuò)散對(duì)粘性位錯(cuò)滑行有較強(qiáng)的影響。詳細(xì)的透射電鏡分析表明：應(yīng)力和應(yīng)變的增加可以改變位錯(cuò)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)位錯(cuò)爬升，從而提高蠕變速率;溫度和應(yīng)變升高會(huì)導(dǎo)致主動(dòng)恢復(fù)和再結(jié)晶，從而引起晶粒再生。相關(guān)文章以“Creep properties and deformation mechanisms of a Ni₂Co₁Fe₁V_0.5Mo_0.2 medium-entropy alloy”標(biāo)題發(fā)表在Acta Materialia。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118590

圖 1.蠕變?cè)囼?yàn)前退火Ni₂Co₁Fe₁V_0.5Mo_0.2MEA樣品的微觀結(jié)構(gòu)和組成分布。（a） 顯示毫米級(jí)晶粒的EBSD晶體取向圖（插圖為反極圖顏色代碼）。（b） SEM-EDS圖，顯示MEA中鎳、鈷、鐵、五和鉬元素的均勻分布。

圖 2.（a） 在施加應(yīng)力 150–200 MPa 和溫度 973–1073 K 下測(cè)試的 Ni₂Co₁Fe₁V_0.5Mo_0.2MEA 的蠕變應(yīng)變 （ε） 與時(shí)間 （t） 圖。（b） 一些多邊環(huán)境協(xié)定和高熵合金的拉伸蠕變性能比較

圖 3.（a） Ni₂Co₁Fe₁V_0.5Mo_0.2MEA在973 K處蠕變的穩(wěn)態(tài)蠕變速率與外加應(yīng)力的自然對(duì)數(shù)圖。（b）在150 MPa恒定應(yīng)力下樣品蠕變的穩(wěn)態(tài)蠕變速率與絕對(duì)溫度倒數(shù)圖的自然對(duì)數(shù)

圖 4.在[110]區(qū)軸附近獲得的TEM顯微照片，顯示了Ni₂Co₁Fe₁V_0.5Mo_0.2MEA中的微觀結(jié)構(gòu)在973 K/150 MPa下蠕變。（a） 通過(guò)垂直（111）?和平行（111）?滑移平面上的位錯(cuò)痕跡驗(yàn)證的平面滑移特征;（b） 糾結(jié)的錯(cuò)位和偶極子;（c）層錯(cuò);（d） 錯(cuò)位偶極子和雙交叉滑移。

圖 5.透射電鏡顯微照片顯示了蠕變變形Ni₂Co₁Fe₁V_0.5Mo_0.2MEA樣品中的微觀結(jié)構(gòu)：（a）和（b）1023 K/150 MPa樣品中的亞結(jié)構(gòu)和位錯(cuò)晶胞;（c） 和 （d） 1073 K/150 MPa 樣品中的亞晶粒、位錯(cuò)單元和平面陣列。

圖 6. 掃描電子顯微鏡圖像顯示了斷裂樣品的斷口形貌：(a-1)和(a-2)解理面在973K/200 MPa樣品上；(b-1)和(b-2)韌窩和球狀顆粒在1023K/150 MPa樣品上；(c-1)和(c-2)球狀顆粒在1073K/150 Mpa樣品上.

圖 7.點(diǎn)動(dòng)拖動(dòng)過(guò)程的示意圖。（a） 在螺位上形成點(diǎn)動(dòng);（b） 固定的位錯(cuò)向外彎曲，在固定的點(diǎn)動(dòng)處產(chǎn)生偶極子;（c） 螺釘位錯(cuò)向前移動(dòng)并隨之拖動(dòng)點(diǎn)動(dòng)，同時(shí)在路徑上形成環(huán);（d） 滑動(dòng)點(diǎn)動(dòng)的螺釘位錯(cuò)產(chǎn)生環(huán)路.

總之，這項(xiàng)工作系統(tǒng)地評(píng)估了Ni₂Co₁Fe₁V_0.5Mo_0.2MEA 中微觀結(jié)構(gòu)演變與蠕變性能之間的關(guān)系，并將 MEA 歸類(lèi)為 I 類(lèi)合金家族。雖然粘性位錯(cuò)滑移引起的蠕變的傳統(tǒng) Mohamed-Langdon 準(zhǔn)則被證明適用于濃固溶體，例如此處研究的Ni₂Co₁Fe₁V_0.5Mo_0.2MEA，但應(yīng)力對(duì)速率控制機(jī)制的影響需要新的理解，即高應(yīng)力是主要的粘性位錯(cuò)滑移的驅(qū)動(dòng)因素，但可能間接促進(jìn)位錯(cuò)攀移。這是因?yàn)榭梢詮?qiáng)烈激活應(yīng)力驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)動(dòng)拖動(dòng)過(guò)程以產(chǎn)生過(guò)量的空位，從而促進(jìn)位錯(cuò)-空位相互作用，從而促進(jìn)位錯(cuò)攀升。盡管如此，本研究的工作還提供了確鑿的證據(jù)，表明添加 V和 Mo 的材料設(shè)計(jì)概念對(duì)于通過(guò)限制具有高活化能的擴(kuò)散速率來(lái)改善蠕變性能是可行的。本研究的結(jié)果很容易用于指導(dǎo)未來(lái)高溫 MEA 和 HEA 的設(shè)計(jì)。