01 【導(dǎo)讀】

高熵合金（HEA）在冶金界引起了越來越多的關(guān)注，因?yàn)樗且活惤饘俨牧希湫阅軄碜远喾N主元素的存在，而不是像大多數(shù)傳統(tǒng)金屬合金那樣來自單一的主要成分（例如，鋼中的鐵）。該領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展到包括等原子和非等原子合金，單相固溶體和多相成分復(fù)雜合金，目標(biāo)是找到與傳統(tǒng)合金不同的性能組合。尋找在極低溫度下具有良好斷裂性能的結(jié)構(gòu)材料具有挑戰(zhàn)性，對(duì)于太空探索等領(lǐng)域很重要。而CrCoNi基中熵和高熵合金表現(xiàn)出出色的損傷耐受性，特別是在低溫下。

02 【成果掠影】

近日，英國(guó)布里斯托大學(xué)Robert O. Ritchie教授研究了等原子CrCoNi和CrMnFeCoNi合金在20開爾文(K)下的斷裂韌性值。發(fā)現(xiàn)CrMnFeCoNi和CrCoNi的裂紋起裂斷裂韌性分別高達(dá)262和459兆帕斯卡-米?(MPa·m?); CrCoNi在2.25毫米的穩(wěn)定開裂后，顯示出超過540 MPa·m?的裂紋擴(kuò)展韌性。20 K下的裂紋尖端變形結(jié)構(gòu)與較高溫度下的裂紋尖端變形結(jié)構(gòu)截然不同。他們認(rèn)為這些合金通過變形機(jī)制、位錯(cuò)滑動(dòng)、堆積-斷層形成、納米孿晶和相變的逐步協(xié)同作用來發(fā)展抗斷裂性，這些協(xié)同作用可以延長(zhǎng)應(yīng)變硬化，同時(shí)提高強(qiáng)度和延展性，從而獲得異常的韌性。相關(guān)成果以“Exceptional fracture toughness of CrCoNi-based medium- and high-entropy alloys at 20 kelvin”發(fā)表在Science上。英國(guó)布里斯托大學(xué)Robert O. Ritchie教授為論文的通訊作者。

03 【數(shù)據(jù)概況】

圖 1.CrCoNi和CrMnFeCoNi合金的J-R曲線和斷裂韌性值隨溫度的變化。 2022 AAAS

圖 2.CrCoNi基合金的微觀結(jié)構(gòu)和斷口形貌。2022 AAAS

圖 3.EBSD（電子背散射衍射）圖。2022 AAAS

圖 4.HRTEM和4D-STEM表征了293和20 K處與斷裂表面相鄰的CrCoNi合金中變形的微觀結(jié)構(gòu)。 2022 AAAS

圖 5.斷裂韌性方面的阿什比圖。 2022 AAAS

04 【成果啟示】

總之，作者發(fā)現(xiàn)了一種高熵鉻鈷鎳合金，在20開爾文下，具有非常高的斷裂韌性。這種材料行為是由意外的相變引起的，當(dāng)與其他微觀結(jié)構(gòu)結(jié)合時(shí)，可防止裂紋的形成和擴(kuò)展。這種合金的斷裂韌性，使其在一系列低溫應(yīng)用中具有潛在的用途。這種基于CrCoNi的多主元素合金顯然是在極端環(huán)境中潛在應(yīng)用的強(qiáng)候選材料，例如在非常高的應(yīng)變率和低溫下。

參考文獻(xiàn)：Liu D, Yu Q, Kabra S, Jiang M, Forna-Kreutzer P, Zhang R, Payne M, Walsh F, Gludovatz B, Asta M et al: Exceptional fracture toughness of CrCoNi-based medium- and high-entropy alloys at 20 kelvin. 2022, 378(6623):978-983.

https://doi.org/10.1126/science.abp8070