北京科技大學(xué)新金屬材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室呂昭平團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)高熵合金的多形性轉(zhuǎn)變。國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然 • 通訊》以研究論文的形式于 2017 年 6 月 1 日在線發(fā)表了這一研究新進(jìn)展。

晶體材料中相同成分條件下的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)發(fā)生變化即多形轉(zhuǎn)變是一種奇妙的物理現(xiàn)象，這其中蘊(yùn)藏著深刻的物理學(xué)意義。近年來(lái)，作為一種新的合金設(shè)計(jì)理念，等 / 近原子比的多主元成分的高熵合金由于所形成的單一固溶體結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出獨(dú)特的物理和力學(xué)性能，引起材料學(xué)者的極大興趣。在這其中，CoCrFeMnNi 作為一種典型的單一面心立方（FCC）晶體結(jié)構(gòu)，其優(yōu)異的低溫?cái)嗔秧g性，延展性和抗氫脆性等而成為研究熱點(diǎn)，而且被認(rèn)為還具有極高的相穩(wěn)定性。然而，CoCrFeMnNi 高熵合金的相結(jié)構(gòu)在室溫下真的穩(wěn)定嗎？

最近，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，利用原位高溫高壓同步輻射技術(shù)對(duì)CoCrFeMnNi 典型的高熵合金進(jìn)行系統(tǒng)研究（圖 1），發(fā)現(xiàn)該合金在加壓過(guò)程中存在 FCC-HCP（密排六方）的多形性轉(zhuǎn)變現(xiàn)象（圖 2），而且卸載后，HCP相基本保存下來(lái)（圖 3）。在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)又利用原位高溫高壓同步輻射技術(shù)，對(duì) FCC 和 HCP 結(jié)構(gòu)在不同溫度、壓力條件下的穩(wěn)定性做了進(jìn)一步研究。結(jié)果表明，F(xiàn)CC 為高溫穩(wěn)定相，HCP 為低溫穩(wěn)定相（圖 4）。本研究成果不但澄清了 CoCrFeMnNi 高熵合金中 FCC 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的問(wèn)題，還提供了一條新的調(diào)控高熵合金組織性能的途徑。與此同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)不僅在 CoCrFeMnNi 這一經(jīng)典的 FCC 體系中發(fā)現(xiàn)壓力下的多形性轉(zhuǎn)變，還在其他合金體系中發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的現(xiàn)象，這表明壓力作為一個(gè)全新的維度可以為高熵合金的穩(wěn)定性和相結(jié)構(gòu)調(diào)控打開(kāi)另一扇門(mén)。

圖文導(dǎo)讀

圖1：原位高壓同步輻射X射線裝置圖

圖2：原位加壓卸壓過(guò)程中X射線衍射譜

圖3：原位加壓卸壓過(guò)程中FCC與HCP兩相體積分?jǐn)?shù)關(guān)

圖4：CoCrFeMnNi HEA的FCC與HCP相的亞穩(wěn)定溫度壓力邊界示意圖

文獻(xiàn)鏈接：Polymorphism in a high-entropy alloy（DOI:10.1038/ncomms15687）