尋找在非常低的溫度下具有良好斷裂性能的結(jié)構(gòu)材料是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，但對(duì)于太空探索等領(lǐng)域來(lái)說(shuō)非常重要。日前，來(lái)自英國(guó)布里斯托大學(xué)和美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等單位的研究人員，發(fā)現(xiàn)了一種中/高熵鉻鈷鎳合金，在20開爾文時(shí)具有極高的斷裂韌性！這種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)，相變阻止了裂紋的形成和擴(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。相關(guān)成果以“Exceptional fracture toughness of CrCoNi-based medium- and high-entropy alloys at 20 kelvin”發(fā)表在最新《Science》上。

CrCoNi基中熵和高熵合金表現(xiàn)出優(yōu)異的損傷容限，尤其是在低溫下。在本研究中，作者檢測(cè)了等原子CrCoNi和CrMnFeCoNi合金在20開爾文（K）下的斷裂韌性值。研究發(fā)現(xiàn)，CrMnFeCoNi和CrCoNi的裂紋萌生斷裂韌性分別為262和459（MPa·m½）；在2.25毫米的穩(wěn)定開裂后，CrCoNi顯示出超過(guò)540 MPa·m½的裂紋擴(kuò)展韌性。

20K下的裂紋尖端變形結(jié)構(gòu)與高溫下的裂紋尖變形結(jié)構(gòu)截然不同。它們包括堆垛層錯(cuò)、細(xì)納米孿晶和轉(zhuǎn)變的ε馬氏體的成核和受限生長(zhǎng)，具有可促進(jìn)位錯(cuò)的阻止和傳輸以產(chǎn)生強(qiáng)度和延展性的連貫界面。

作者認(rèn)為，這些合金通過(guò)變形機(jī)制、位錯(cuò)滑移、層錯(cuò)形成、納米孿晶和相變的漸進(jìn)協(xié)同作用，發(fā)展了抗斷裂能力，這些協(xié)同作用可延長(zhǎng)應(yīng)變硬化，同時(shí)提高強(qiáng)度和延展性，從而產(chǎn)生優(yōu)異的韌性。

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

圖5.斷裂韌性統(tǒng)計(jì)對(duì)比。