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纳米晶体-非晶双相高熵合金实现近理论强度和大塑性形变
发布时间：2020-09-02     作者：harry   分享到：
高熵合金和金属玻璃都基于多组元合金设计理念。高熵合金通常是单相或多相晶态固溶体，其一般具备较高的延展性。具有非晶结构的金属玻璃具备高强度和较差的延展性。德国马普钢铁研究所的吴戈博士、逯文君博士、Dierk Raabe教授、中南大学的李志明教授等与香港城市大学的吕坚教授合作研究，充分发挥高熵合金与金属玻璃的各自优势，开发出了一种全新的纳米晶体-非晶双相高熵合金。在他们先前的工作中发现利用fcc-hcp双相高熵合金的相变诱发塑性可实现高强度和大延展性（Li, Z., Pradeep, K. G., Deng, Y., Raabe, D. & Tasan, C. C. Metastable high-entropy dual-phase alloys overcome the strength–ductility trade-off. Nature 534, 227-230 (2016).）；利用纳米尺寸非晶相包裹纳米晶的双相结构设计可实现近理论强度（Wu, G., Chan, K.-C., Zhu, L., Sun, L. & Lu, J. Dual-phase nanostructuring as a route to high-strength magnesium alloys. Nature 545, 80-83 (2017)）。基于此，研究人员通过调控高熵晶体相的层错能来形成超高密度纳米孪晶；同时调控玻璃相的形成能力形成包裹晶体相的非晶单元，开发出了纳米晶体-非晶双相高熵合金，其具备近理论屈服强度（G/24，G为材料的剪切模量）和超过45%应变的压缩均匀塑性形变。非晶相的均匀流变行为与晶体相内的位错运动协同作用，实现了这两相的共同均匀塑性变形。这种纳米晶体-非晶双相高熵合金设计理念为超高强高韧**材料的开发提供了一种全新方法。


相关成果以“Crystal-Glass High-Entropy Nanocomposites with Near Theoretical Compressive Strength and Large Formability”为题发表在Advanced Materials。论文作者为吴戈博士。通讯作者为逯文君博士、李志明教授和Dierk Raabe教授。其他作者还包括Shanoob Balachandran博士、Baptiste Gault博士、夏文真博士、刘畅博士、饶梓元博士生、韦业博士生、刘少飞博士生、吕坚教授、Michael Herbig博士和Gerhard Dehm教授。
小作文图片链接：
//doi.org/10.1002/adma.202002619
成果速读
被普遍使用于升级晶态金属材料钢的**技巧涉及接入晶态缺点类似于**相或涉及到晶间相、晶界或孪晶界、固溶体中的异质原子形式等。这升级工作逻辑一般依据把握塑型承担标段（位错）的会产生和曾值。在这升级技巧中，共格奈米粒状析晶与相变加重塑型被断定能够同样升级金属材料钢的密度和拓展性，有时候同样能在高熵金属材料钢中能够达成。高熵金属材料钢为近几年来接入的的一种两组元金属材料钢构思构思观念，普通为220V或多相晶态固溶体，配备较空泛的力学形式稳定性。晶态固溶体的属性使其变化工作逻辑为位错滑移、孪生或相变，一样其普通配备高拓展性。其它，完成推广物质和形式构思构思，高熵金属材料钢的密度能够取得大大升级，在或者情况报告下甚至是能够高于过去的的晶态金属材料钢。就算一样， 高熵金属材料钢的截段密度尚未能高于G/100，遥远达不到G/10的理论与实践**。
五金安全夹丝磨砂夹层有机夹层有机玻璃纸窗为20新世纪60年间添加的另种两组元各种不锈钢属装修设计构思设计构思创意。其非晶节构不拥有滑移软件和结晶体工作制度中的位错，其拥有**的抗拉抗拉强度G/37。不过，五金安全夹丝磨砂夹层有机夹层有机玻璃纸窗在制冷下的延性造成形变被**的局限性于抗拉带中，如此一般情况下不拥有宏观政策延长性。在五金安全夹丝磨砂夹层有机夹层有机玻璃纸窗中添加就其类气态区或软区等异质节构能让抗拉带的增值服务在延性造成形变过程中造成偏折和廷缓，如此可大大大加强五金安全夹丝磨砂夹层有机夹层有机玻璃纸窗的延长性。指的小心的是，当五金安全夹丝磨砂夹层有机夹层有机玻璃纸窗的外形图片尺寸小于等于100 nm时，外形图片尺寸不确定性使其拥有平滑流变的活动。应用场景五金安全夹丝磨砂夹层有机夹层有机玻璃纸窗的本征流变的活动和近近十年来的高熵各种不锈钢属装修设计构思强势，深入分析相关人员展示会一个多种新的各种不锈钢属装修设计构思设计构思创意，即应用场景nm非晶态五金安全夹丝磨砂夹层有机夹层有机玻璃纸窗相和nm晶态高熵相来产生那种新的拥有**运动学效能的相关材料。按照在高熵Cr-Fe-Co-Ni工作制度中添加過量安全夹丝磨砂夹层有机夹层有机玻璃纸窗产生物质以满足低层错能的nm晶相与五金安全夹丝磨砂夹层有机夹层有机玻璃纸窗相混用而有赖于改变。
这一环保型合金类与纳米级方案方案方法步骤既能够 使蠕变不错的装修涂料遵循近基础理论比强度，如果能够 进几步保证有广泛应用领域实际价值的另一个性能参数。诸如不错的软永磁铁能参数和**的热不稳性（见原句提供装修涂料）。往往，这一装修涂料遵循在高反力微机械操作系统和槽式永磁铁元器件中的广泛应用领域发展潜力。
图文导读
图1. 纳米晶体-非晶双相高熵合金的结构和成分。
a) **平视和侧视TEM图。插图为侧视TEM样品的选区电子衍射（SAED）花样。SAED花样上的圆环特征显示纳米柱状晶具有较弱的晶体织构。晶体结构被定标为fcc，红色虚线圆标出了其相应的{1 1 1}, {2 0 0}, {2 2 0}和{3 1 1}晶面；
b) 低倍平视TEM图；
c) 从3D重构的APT数据（左）中截取2 nm厚的薄片（右），显示Cr在晶粒-晶粒间界面的一些区域有富集。这些Cr富集的区域由12 at. nm-3的Cr等浓度面显示；
d) 平视ABF-STEM图提示 在三叉点和哪些 晶界处冒出~1 nm厚的非晶相（较亮区城）；
e) 在(c)图箭头符号如图所示区的1D组成成分图；
f) 从(c)图例提取的1 nm厚平视薄片的2D Cr渗透压地域分散制作图，提示出富Cr非晶相的地域分散制作；
g) 分别是选择22.7 at%和18.3 at% Fe的等溶度面认为出的多晶体相和波璃相。
图2. 纳米技术晶状体-非晶双相高熵各种合金的晶状体型式。
a) **fcc柱状晶的截面LAADF-STEM图显示出1.0 ×109 m-1的超高密度纳米孪晶；
b) 单独一位含带五重纳米级孪晶的柱型晶。五孪晶界对应用TB1、TB2、TB3、TB4或是TB5说明；
c, d) 在(a)和(b)虚线框内的调小高倍LAADF-STEM图，提示 出超过2 nm厚的孪晶/层错/基体的片层的结构。这当中，原子结构的堆垛次序由“A”，“B”和“C”标识。孪晶界和层错差别由灰色虚线和黄色实线标识。
图3. 纳米晶体-非晶双相高熵合金的力学性能。
a) 硫化锌-非晶CrCoNi-Fe-Si-B高熵符合锰钢属、纳米级技术晶CrCoNi-Fe-Si-B锰钢属、纳米级技术晶CrCoNi锰钢属以其单晶硅CrCoNi锰钢属的缩短项目能力-应力的身材曲线。毫米柱岩样的开始内直径均为1 µm；
b-e) 以上的样品减小至50%工业应力后的SEM图。黄色箭号标注出部位剪截带(c) (e)和滑移带(d)。
图4. 納米尖晶石-非晶双相高熵各种合金的可塑性变行原则。
a) APT和STEM实验报告的探测系统的位置示图图；
b) APT数据的3D重构图。使用Cr原子浓度为10 at.nm-3等浓度面来标示出界面区域，显示出具有大塑性应变的“变形微米柱试样区”、“变形过渡区”（弯的柱状晶）以及“基体材料区”（直的柱状晶）；
c) 从(b)图里读取2 nm厚的载面视图薄片的2D Cr溶度划分图，彰显出在“发生廊坊可耐电器有限公司柱样品区”Cr氧分子有更聚集的现象；
d) ~50%应对制样、缓冲间区和基体文件的LAADF-STEM图。缓冲间区由虚线隔好，板材的厚度为~80 nm，值为与APT资料(b)据因素标识的相似行政区域相一致；
e) 淡入行政区域**变弯晶体((d)图例红色箭头符号一样)的高倍断面LAADF-STEM图，提示 了确认Shockley不全位错而成长 的孪晶界搬迁习惯；
f) 变形微米柱试样区**变形晶粒((d)图中红色箭头所示)的高倍截面LAADF-STEM图，显示出晶粒的孪晶密度在变形后降低为5 × 108 m-1；
g) 延展性变行的时候中设计演变的示意向图。不全位错(“┴”)能在夹丝窗户玻璃-晶体度（Grain 1, Grain 2）网页处出现并向晶体度中卫星发射，以后与微米孪晶和层错间接效用而情况去孪晶化。不全位错(“┴”)也能在晶体度（Grain 3）中健身自行车运动，以后在夹丝窗户玻璃-晶体度网页处被代谢（位错湮灭）。天蓝色和天蓝色小球区分代理与位错信息互交较多和少的水分子。虚线圆框代理与位错信息互交的水分子的缺省地点。红色的和天蓝色虚线区分代理主孪晶界和次级孪晶界。红色的箭号告诉了位错健身自行车运动的方向盘。
小结
有效合理利用高熵和金相的低层错能和奈米级厚度铝和金安全夹层窗户安全的玻璃相的塑形流变举动的优越，取得成功建设出结束合奈米级晶高熵相和奈米级厚度铝和金安全夹层窗户安全的玻璃相的新兴奈米级单单结硫化锌-非晶双相高熵和金。哪一和金设计的概念制作以人为本进行在Cr-Fe-Co-Ni高熵基体和金中参杂安全夹层窗户安全的玻璃达成属性B和Si来达成。一些奈米级厚度铝和金安全夹层窗户安全的玻璃相邮包超低硬度奈米级孪晶的框架不使素材配备4.1 GPa的超低硬度（进行降低工作精确测量），还有就是亲近了的基本原理裁取硬度**。此近的基本原理硬度来自于的生活层级强化木纹地板形式 ，包涵双相单单结硫化锌-非晶框架、游戏界面-位错可视化交互角色、单单结硫化锌或是非晶相的奈米级级厚度第一单元和单单结硫化锌相内的超低硬度孪晶。在塑形扭曲历程中，非晶相的塑形流变、单单结硫化锌相内的不全位错运转或是应变力而致晶体落实不使和金总体具有着以上45%的匀塑形扭曲。他们察觉表现了进行综合高熵和金、铝和金安全夹层窗户安全的玻璃和奈米级科学实验来引出来的生活崭新素材那个种类的优越。一些新兴和金与奈米级框架设计的概念制作具体方法不光行使塑形比较的素材配备近的基本原理硬度，还有就是行进一部供给有使用社会价值的其余性能方面。譬如比较的软磁块能方面和**的热比较稳相关性（见原稿增加素材）。由此，一些素材在高负载微电气自动化系统软件和挠性磁块元器件等邻域有可观的使用优势。
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