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高熵合金進(jìn)展匯總

2024-09-06 10:51:08 來(lái)源：材料學(xué)網(wǎng) 分享至：

1：北科大呂昭平、吳淵教授團(tuán)隊(duì)《Nature》子刊：?jiǎn)蜗噍p質(zhì)高強(qiáng)高熵鋁合金

北京科技大學(xué)新金屬材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室呂昭平、吳淵教授團(tuán)隊(duì)與北京高壓科學(xué)研究中心曾橋石研究員合作，提出了一種新方法，通過(guò)高溫高壓手段，直接將鋁基CCA中的多種脆性相轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗嘌有怨倘荏w。成功開(kāi)發(fā)出一種單相FCC結(jié)構(gòu)的鋁基CCA，Al₅₅Mg₃₅Li₅Zn₅，其密度低至2.40g/cm³（低于大多數(shù)鋁合金 ~ 2.8g/cm³），比屈服強(qiáng)度達(dá)到344×10³N·m/kg（目前鋁基合金通常約為200×10³N·m/kg）。分析表明，單相CCA的形成歸因于高壓下溶質(zhì)元素與鋁之間原子尺寸和電負(fù)性差異的減少，以及高溫高壓條件下的協(xié)同高熵效應(yīng)。超高的強(qiáng)度來(lái)自于單一FCC晶格中多種元素導(dǎo)致的固溶強(qiáng)化，以及納米級(jí)化學(xué)波動(dòng)引起的位錯(cuò)釘扎效應(yīng)。

相關(guān)工作以 “Lightweight single-phase Al-based complex concentrated alloy with high specific strength”為題在線發(fā)表在《Nature Communications》上。論文第一作者為博士生韓明亮。

2：阿德萊德大學(xué)&悉尼大學(xué)Acta Mater.：氮過(guò)飽和高熵合金，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度高塑性

澳大利亞阿德萊德大學(xué)謝宗翰和陳玉潔團(tuán)隊(duì)和悉尼大學(xué)安祥海團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了一種氮過(guò)飽和的高熵合金，該合金在機(jī)械性能方面表現(xiàn)出色。這項(xiàng)研究的核心是將含量高達(dá)28.9 at.% 的氮原子引入Fe₅₀Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀高熵合金中，從而實(shí)現(xiàn)顯著的固溶強(qiáng)化和相結(jié)構(gòu)調(diào)整效果。盡管氮含量極高，這些合金仍保持固溶體相態(tài)，未形成氮化物。隨著氮含量的增加，合金的微觀結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了從單一面心立方（FCC）相到雙相結(jié)構(gòu)（FCC和六方密排（HCP）相），再回到主要為FCC相的轉(zhuǎn)變。

該合金表現(xiàn)出高達(dá)20 GPa的硬度，這一數(shù)值接近于陶瓷材料的硬度，但同時(shí)保持了優(yōu)異的抗損傷性能和塑性變形能力。研究表明，這些卓越的機(jī)械性能歸因于高氮含量帶來(lái)的大規(guī)模固溶強(qiáng)化、層級(jí)雙相結(jié)構(gòu)以及應(yīng)力誘導(dǎo)的FCC到HCP相變及孿生。與傳統(tǒng)氮化物的脆性不同，這些氮過(guò)飽和高熵合金展現(xiàn)出類(lèi)似于金屬材料的顯著塑性變形能力，為提升合金的機(jī)械性能開(kāi)辟了新的途徑。

本研究成果以“Interstitial Engineering Enabling Superior Mechanical Properties of Nitrogen-Supersaturated Fe₅₀Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀ High-Entropy Alloys“ 為題發(fā)表在國(guó)際著名期刊《Acta Materialia》上。論文第一作者為澳大利亞阿德萊德大學(xué)的陳玉潔博士，通訊作者為Jisheng Ma博士（莫納什大學(xué)）和安祥海博士（悉尼大學(xué)）。其他作者還包括林悅鋮博士生（阿德萊德大學(xué)）、Yvonne Hora（莫納什大學(xué)）、Ashley Slattery博士（阿德萊德大學(xué)）、周志烽博士（香港城市大學(xué)）和謝宗翰教授（阿德萊德大學(xué)）。

3：Nat Commun：高熵合金中彈性應(yīng)變誘導(dǎo)的非晶化

北京科技大學(xué)新金屬材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合金設(shè)計(jì)與模擬梯隊(duì)呂昭平、吳淵教授團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)合作者王宏濤、劉嘉斌教授等在《Nature Communications》上發(fā)表題為“Elastic strain-induced amorphization in high-entropy alloys”的文章。

彈性穩(wěn)定性是晶體固體對(duì)外部刺激的結(jié)構(gòu)響應(yīng)的基礎(chǔ)，包括熔化、初期塑性和斷裂。這項(xiàng)工作中，呂昭平課題組與浙江大學(xué)聯(lián)合提出，利用原位力學(xué)測(cè)試和透射電子顯微鏡的原子分辨率表征，研究一系列高熵合金(HEAs)的彈性穩(wěn)定性。在拉伸載荷作用下，當(dāng)彈性應(yīng)變達(dá)到~10%時(shí)，HEA晶格的有序性突然消失。這種彈性應(yīng)變誘導(dǎo)的非晶化，與先前報(bào)道的位錯(cuò)介導(dǎo)的彈性不穩(wěn)定和缺陷積累介導(dǎo)的非晶化形成對(duì)比。結(jié)合第一性原理計(jì)算和原子分辨率化學(xué)映射，發(fā)現(xiàn)彈性應(yīng)變誘導(dǎo)的非晶化與HEAs的局部原子環(huán)境不均勻性導(dǎo)致的位錯(cuò)成核抑制密切相關(guān)。本項(xiàng)研究結(jié)果詮釋了彈性不穩(wěn)定性和初期塑性等物理力學(xué)現(xiàn)象的基本性質(zhì)。

TiHfZrNb試樣的彈性應(yīng)變誘導(dǎo)非晶化

4：南京理工大學(xué)Sci. Adv.：分級(jí)有序相強(qiáng)韌化中熵合金

南京理工大學(xué)材料學(xué)院納米異構(gòu)材料中心團(tuán)隊(duì)在高強(qiáng)韌多主元中熵合金設(shè)計(jì)研究方向取得新進(jìn)展，在《Science Advances》上發(fā)表了題為《Ultrastrong and ductile medium-entropy alloys via hierarchical ordering》的研究論文。納米異構(gòu)材料中心團(tuán)隊(duì)研究人員提出分級(jí)有序相強(qiáng)韌化新理念，通過(guò)分級(jí)有序化在單相面心立方結(jié)構(gòu)Ni₂CoFeV中熵合金中逐步引入三方晶體結(jié)構(gòu)的κ有序相和立方結(jié)構(gòu)的L12有序相來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)度和優(yōu)異塑性。添加過(guò)量Ni元素主要目的：一是穩(wěn)定基體面心立方相，二是增加合金整體的價(jià)電子濃度，從而增強(qiáng)中溫下κ相析出的驅(qū)動(dòng)力。由于Ni-V，Co-V原子對(duì)之間具有較負(fù)的混合焓，導(dǎo)致Co，Ni，V原子之間存在較強(qiáng)的相互作用，從而形成了由不同成分組成的分級(jí)有序相彌散分布在無(wú)序fcc基體中（圖1），最終使合金具有GPa級(jí)屈服強(qiáng)度和超過(guò)1.6 GPa的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)在室溫下保持了30%的優(yōu)異塑性（圖2）。微觀結(jié)構(gòu)表征揭示了在三相Ni₂CoFeV中熵合金內(nèi)同時(shí)激活多種變形機(jī)制，增強(qiáng)變形過(guò)程中的加工硬化能力，延遲拉伸頸縮失穩(wěn)，從而獲得優(yōu)異的塑性。

5：中南大學(xué)CEJ：通過(guò)構(gòu)建雙尺度高熵合金/聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)輕質(zhì)高強(qiáng)高阻尼復(fù)合材料！

中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院李周教授和龔深教授等人提出了一種雙尺度互穿網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)策略，開(kāi)發(fā)出雙尺度CrMnFeCoNi/聚合物互穿相復(fù)合材料（IPCs）。在宏觀尺度下，以具有熱彈性馬氏體相變和連通孔隙的Cr₂₀Mn₂₀Fe₂₀Co₃₅Ni₅（at.%）高熵形狀記憶合金（HESMA）泡沫為骨架，將負(fù)載CrMnFeCoNi納米合金的碳納米管（CrMnFeCoNi@CNTs）與聚氨酯/環(huán)氧樹(shù)脂互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)（PU/EP IPN）組成的復(fù)合體滲入到連通孔隙中，形成HESMA泡沫/聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)既能有效減輕阻尼合金的重量，又能彌補(bǔ)聚合物強(qiáng)度低和尺寸穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，還在互穿相之間形成了高密度的界面。此外，HESMA和聚合物的結(jié)構(gòu)完整性和連續(xù)性允許它們發(fā)揮各自的阻尼機(jī)制，通過(guò)疊加多重阻尼實(shí)現(xiàn)寬頻域和寬溫域內(nèi)的高阻尼能力。在微觀尺度下，形成高熵納米合金/CNT/聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能大幅增加聚合物內(nèi)界面，提高其剛度和強(qiáng)度，拓寬其阻尼溫域，還能在聚合物中形成連通的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)提高熱能耗散能力。