【引言】

高熵合金是一類至少包含四種主要主要組成元素的材料。自2004年由Yeh和Cantor等人提出以來，高熵合金憑借優(yōu)異的力學(xué)性能、抗輻射損傷能力和耐磨、抗疲勞和腐蝕能力，以及熱處理過程中的顯微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，至今依舊受到研究者們極大的關(guān)注。通常來講，高熵合金具有簡單面心立方、體心立方或密排六方固溶體結(jié)構(gòu)。2015年至今，對高熵合金的力學(xué)性能、相預(yù)測、疲勞行為和合金設(shè)計等研究工作為高熵合金的發(fā)展和應(yīng)用做出了突出的貢獻(xiàn)，然而，對高熵合金相形成行為的研究還很有限。

【成果簡介】

近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的陳瑞潤教授課題組在Scripta Materialia上發(fā)表了題為“A novel face-centered-cubic high-entropy alloy strengthened by nanoscale precipitates”的文章。作者引入了一種新型Co9Cr7Cu36Mn25Ni23（原子百分比）高熵合金，研究并呈現(xiàn)了該材料的力學(xué)性能、相組成顯微結(jié)構(gòu)和化學(xué)分布。為描述此類高熵合金晶體形成和納米尺度析出相形成過程中的行為，作者提出了一種原子運動模型。所得研究結(jié)果對發(fā)展高性能高熵合金將會有所助益。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1：Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金的力學(xué)性能和晶體結(jié)構(gòu)。

（a） XRD 譜；（b） 拉伸工程應(yīng)力應(yīng)變曲線；（c） Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金及其他高熵合金體系的拉伸屈服強度和延伸率；（d） Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金及其他高熵合金體系的極限拉伸強度和延伸率。

圖2：X射線能譜儀得到Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金的顯微結(jié)構(gòu)和元素分布圖。

（a） Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金的顯微結(jié)構(gòu)；（b-f） Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金中Co，Cr，Cu，Mn和Ni的元素分布圖。

圖3：Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金的TEM圖像。

（a） 低倍明場TEM圖像；（b） （a）圖的電子衍射斑點；（c） 高倍明場TEM圖像；（d） （c）圖的電子衍射斑點；（e-j） 高角環(huán)形暗場圖（HAADF）和相應(yīng)的Co，Cr，Cu，Mn和Ni的STEM-EDS元素分布圖。

圖4：原子運動模型。

（a） Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金晶體形成行為的原子運動模型；（b） 納米析出相的形成行為。

【小結(jié)】

作者首次研究了Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金體系，觀察到這類材料可以將拉伸屈服強度和延展性很好地結(jié)合起來。在這類新型高熵合金中，作者發(fā)現(xiàn)大量尺寸在3-8nm大的析出相富集在Co、Cr中，而在Cu中含量極少。作者進(jìn)一步推斷，約419MPa的附加強度是由納米顆粒和基體直降的晶格錯配和剪切模量錯配引起的。總拉伸強度為700MPa，說明也可以通過固溶強化和晶界強化機制實現(xiàn)合金的強化。

基于X射線能譜儀分析和高熵合金的晶體形成行為的研究，作者發(fā)現(xiàn)高熔點元素偏向于作為初晶相析出，而低熔點元素則隨著溫度降低析出并附著于初晶相上。此外，隨著溫度降低，一部分Co和Cr從過飽和固溶體中析出并形成析出相。析出相生長到幾納米大小，收到緩慢擴散效應(yīng)的阻礙無法進(jìn)一步長大，從而形成了納米析出相。

文獻(xiàn)鏈接：A novel face-centered-cubic high-entropy alloy strengthened by nanoscale precipitates（Scripta Mater.,2019,DOI: 10.1016/j.scriptamat.2019.07.008）