&

金屬頂刊《Acta Materialia》：納米晶高熵合金晶界的非均勻元素偏析行為!

2021-09-10 11:14:30 作者：材料學(xué)網(wǎng) 來源：材料學(xué)網(wǎng) 分享至：

由于多主元特性，成分復(fù)雜合金中偏析行為通常要比傳統(tǒng)合金的偏析行為更為復(fù)雜。另外，納米晶材料相對于粗晶材料具有更高的含量的晶界，而晶界相對于晶內(nèi)具有較高能量，因此納米晶具有比粗晶更高的系統(tǒng)能量。有研究表明，粗晶CoCuFeMnNi合金的在不同熱處理狀態(tài)下的偏析行為可用相圖熱力學(xué)方法加以解釋。然而，當(dāng)晶粒細(xì)化到納米晶狀態(tài)時，高含量高能晶界對其相演化行為的影響規(guī)律和機理依然缺乏相關(guān)研究。而且，晶界可作為擴散或偏析的有利通道使其對相演化產(chǎn)生進一步的影響，晶粒細(xì)化效應(yīng)與Cu難以與其他元素互溶的特性的耦合作用也依然不清楚。另外，在亞穩(wěn)態(tài)納米晶體中表征這些行為需要一個高的空間和時間分辨率，這也是一項挑戰(zhàn)。因此，目前人們對納米晶的成分復(fù)雜合金（CCAs）中復(fù)雜的晶界偏析和相變行為依然缺乏深入的理解。

近日，德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院Christian Kübel團隊采用原位加熱透射電鏡結(jié)合自動晶體定向映射（ACOM）和能量過濾透射電子顯微鏡（EFTEM）來系統(tǒng)研究了以高壓扭轉(zhuǎn)（HPT）制備的納米晶CoCuFeMnNi合金的復(fù)雜的相演化和晶界元素偏析行為。其晶界偏析和貧化導(dǎo)致了富Fe和Co元素B2結(jié)構(gòu)的第二相的形成，并且與fcc基體呈K-S或N-W取向關(guān)系。隨后，Mn、Ni和Cu元素偏析于晶界而Fe和Co貧化。3D-APT分析表明，該合金的非均勻偏析發(fā)生在不同類型的晶界，而且富FeCo相中含有微量的Ni但對Cu排斥，導(dǎo)致單獨富Cu相的形成。這種復(fù)雜的偏析現(xiàn)象是由納米晶材料中的大量晶界和三叉晶界導(dǎo)致的。相關(guān)結(jié)果以“Grain boundary segregation inducedprecipitation in a non equiatomic nanocrystalline CoCuFeMnNi compositionallycomplex alloy”為題發(fā)表在Acta mater（https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117281）上。

通過系統(tǒng)而深入的研究，結(jié)論如下：1.熱處理過程中試樣的微觀組織演變?yōu)椋?）250℃~300℃時Co、Ni、Cu向偏析于晶界，F(xiàn)e和Mn在晶界貧化；2）340℃時，F(xiàn)e和Co在三叉晶界偏析并形成B2相，Ni、Cu、Mn于隨機晶界處偏析并形成第二相直到到400°C2.Cu在生長過程中被B2沉淀排斥。3.加熱初期，B2隨著元素偏析在晶界處析出并抑制晶粒長大，析出物回溶于基體中后fcc晶粒又開始長大。3.幾乎所有的析出相都與基體呈K-S或N-W取向關(guān)系。

圖一。納米晶CoCuFeMnNi合金的晶粒取向和元素分布圖表明各元素分布均勻

圖二。納米晶CoCuFeMnNi合金在600°C熱處理后各元素的分布

圖三。納米晶CoCuFeMnNi合金在400°C熱處理后元素偏析分布

圖四。3D-APT表征納米晶CoCuFeMnNi合金中Fe、Co、Ni、Cu和Mn元的分布

圖五。納米晶CoCuFeMnNi合金在不同溫度熱處理后各元素的分布

圖六。納米晶CoCuFeMnNi合金在不同溫度熱處理后相含量演化行為

圖七。納米晶CoCuFeMnNi合金熱處理后的微觀組織演化示意圖

總之，該工作揭示了一種在納米晶高熵合金中出現(xiàn)的復(fù)雜的相演化和晶界的非均勻元素偏析行為，有助于人們對多組元成分復(fù)雜合金的組織穩(wěn)定性的進一步理解。而且，由于晶界第二相對金屬材料力學(xué)性能有顯著的影響，而且多數(shù)情況下會導(dǎo)致材料的脆化，因此，該研究也有助于人們深入理解晶界偏析和相變行為，從而避免有害相的形成，為開發(fā)高性能高熵合金提供了一定的借鑒意義。

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)，請第一時間聯(lián)系本網(wǎng)刪除。