浙江大學最新Nature: 調控高熵合金的元素分布、結構以及性能

【引言】

高熵合金是由至少五種元素以將近等原子比例形成的一類合金，其不同尋常的組分性質和化學結構被認為有潛力實現特殊的力學性能。因此，深入了解這類材料的組分-結構-性能的關系是合理設計高熵合金的必要前提。

【成果簡介】

近期，美國佐治亞理工學院的Ting Zhu、勞倫斯-伯克利國家實驗室的R. O. Ritchie以及浙江大學的余倩（共同通訊作者）等人利用原子級分辨的化學圖譜表征研究揭示了幾類典型和新型高熵合金的元素分布情況。研究人員首先研究了面心立方結構CrMnFeCoNi Cantor合金，在這種合金中，五種構成元素的分布式相對隨機統一的。與此相反，在新型CrFeCoNiPd合金中，鈀原子擁有截然不同的原子尺寸和電負性，使得合金的均一性明顯減弱，并且五種元素更加趨向于聚集。原位TEM分析顯示，在應變實驗過程中，合金出現了大量相對早期塑性形變的位錯交叉滑移，導致出現了非常強大的位錯相互作用。由于組分分布的明顯波動，這類變形機制在新型CrFeCoNiPd合金中尤為增強，并直接致使該種合金獲得了更高的屈服強度。研究認為，圖譜繪制原子尺度元素分布的方法為深入理解材料化學結構提供了新的可能，并為通過調控材料組分從而獲得優異力學性能提供了基礎。2019年10月09日，相關成果以題為“Tuning element distribution, structure and properties by composition in high-entropy alloys”的文章在線發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖1 CrMnFeCoNi Cantor合金的像差校正TEM圖像以及元素分布情況

圖2 CrFeCoNiPd合金的像差校正TEM圖像以及元素分布情況

圖3 TEM觀測CrFeCoNiPd合金中的位錯

圖4 CrFeCoNiPd合金與其他CrCoNi基高熵合金的力學性能比較

文獻鏈接：Tuning element distribution, structure and properties by composition in high-entropy alloys（Nature, 2019, DOI: 10.1038/s41586-019-1617-1）

本文由材料人學術組NanoCJ供稿。

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