前沿 2019-03-26 16:03

国际研究团队运用新方法研究高熵合金变形机理

陈济桁 摘自 materialstoday网站

【据materialstoday网站2019年3月18日报道】一个由多国研究人员组成的国际科研团队近期对一系列可带来更加优异强度、延展性和超常韧性的不同变形金属合金进行了测试鉴定。他们惊讶地发现,与大多数金属材料不同,在CrMnFeCoNi和CrCoNi合金中,上述性能实际上在低温环境下获得显着改善。

高熵合金(HEAs)是一种多金属主元素合金,它被视为目前冶金研究中的一个关键领域。目前研究最多的是一种被称为Cantor(化学成分为CrMnFeCoNi)的合金及其衍生物,诸如CrCoNi合金是本次研究的重点。相关的研究成果发表在了2019年3月《今日材料》期刊中。该研究团队是第一个利用高分辨率透射电子显微镜(TEM)进行原位断裂变形研究,了解合金的变形机理,并探索合金在低温下的变形机制的团队。

利用浙江大学的钱宇(音译)开发的显微镜,佐治亚理工学院的研究员朱婷和加州大学伯克利分校的罗伯?里奇领导的研究团队与橡树岭国家实验室的研究人员合作,利用低温透射电子显微镜(Cryo-TEM)技术对这一系列合金的变形机理进行成像分析。在这些基于CrCoNi的系列合金中,这些变形机理被认为与合金所展现的异常强度和延展性有关,而在传统合金中,这两个性能往往是相悖的,难以同时提高。罗伯?里奇表示,这是首次采用低温透射电子显微镜(Cryo-TEM)技术在低温环境下实现了对这些合金中的错位和孪晶行为的实时成像。

这类高熵合金,特别是CrCoNi,是目前所有具有低温环境下强度和断裂韧性数据的材料中,具有最佳损伤容限的材料之一。这项研究工作被认为有助于验证产生这些优异性质的结构机理。同时,这项研究还发现了,在低温条件下,横向滑移在初期的材料结构位错变形行为中占大多数。

高熵合金可以像普通的合金一样进行加工,可作为结构材料广泛应用,并且存在大量不同的金属元素组合有待探索。虽然新的结构材料往往需要很多年才能够实现应用,但完成此次研究的团队认为,由于具有优异的耐损伤性能,一些合金有潜力很快实现真正的工业应用。

未来,研究人员计划继续利用高分辨率透射电子显微镜和力学性能测试技术,探索这些合金的独特变形特性,并探索含有极高熔点元素组合的耐火高熵合金(RHEAs),以制造超高温材料。

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