西工大《Scripta Mater》：基于共晶高熵合金的快速合金设计策略！

2022-08-29 14:11:52 作者：材料科学与工程来源：材料科学与工程分享至：

自2004年以来，高熵合金（HEA）物理冶金领域引起了越来越多的关注。多种元素赋予HEA独特的冶金特性，如晶格畸变严重、短程有序结构、独特的相变行为、以及优异的机械和物理性能，使其成为极端环境中的潜在结构材料。然而，HEAs巨大的成分空间也给传统试错方法的合金设计带来了巨大的挑战。虽然已经建立成分和微观组织之间的关系，预测的微观组织并不一定意味着优越的力学性能。研究人员正试图重新优化HEA的组成，以实现固溶，沉淀，相变强化以获得更好的HEA。

来自西北工业大学的研究人员基于面心立方（FCC）/有序体心立方（B2）EHEA模型系统，开发了两种具有优异力学性能的FCC和B2过饱和高熵HEA。此外，HEAs的定制基体和改性微观结构增强了其性能。相关论文以题“Rapid alloy design from superior eutectic high-entropy alloys”发表在Scripta Materialia。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2022.114875

图1(a)快速设计新的HEAs示意图。(b)共晶反应相图。(c)对比文献中铸造FCC/B2 EHEAs的拉伸性能(d) Ni30Co30Cr10Fe10Al18W2EHEA的TEM图。

饱和度越高，析出相的体积分数越高。设计的合金可以通过在不同温度下退火来诱导第二相。在这种情况下，可以通过选择合适的共晶体系作为候选合金来设计第二相增强/增韧HEAs。与常规B2合金相比，具有高抗变形能力的过饱和B2相通过激活更多的滑移体系表现出更高的塑性。

图2 FCC HEA的微观结构。(a)铸态OM图。(b)和(c)合金分别为1200℃-2min和1000℃-30min退火后的EBSD-IPF图。(d) 1000℃退火后的合金BSE、HAADF和SAED图。(e)对应的EDS。

过饱和基体为低温下采用同时再结晶和沉淀工艺获得丰富的沉淀和稳定的部分再结晶组织提供了可能。除了未溶解的大颗粒B2外，在未再结晶区域和再结晶区域均出现了纳米级的B2析出物。未再结晶区域的B2析出物呈条形，而再结晶区域的B2析出物呈等轴状。条形B2的形成可能与剪切带促进成核有关。条纹形B2的形成可能与剪切带促进成核有关。此外， TEM图像和SAED图也发现了B2周围的μ析出。与传统的单相FCC-HEAs相比，在1000℃下，再结晶在几分钟到几十分钟内完成，细小的析出相显著延迟了再结晶动力学。

图3 B2-HEA的显微组织。(a) EBSD-IPF图。(b)和(c)低放大倍率和高放大倍率BSE图像。(d)对应的EDS映射

图4所设计HEAs的力学性能。(a) 1200℃和1000℃退火后的HEAs在拉伸应力-应变曲线和断裂的表面。(b)与其他具有少量B2相的fcc基HEAs的拉伸性能比较。(c)铸态b2基HEA的工程压缩应力-应变曲线。(d)与其他NiAl-基合金的压缩性能比较

分级结构诱导的多种强化机理（晶界强化、位错强化、沉淀强化）是1000 °C退火合金强度提高的原因。至于高延展性，可归因于延迟缩颈的分层结构引起的可持续加工硬化行为。高屈服强度可归因于晶格摩擦强度和固溶体强化的贡献。得益于可持续的加工硬化行为，抗压强度也远高于传统的NiAl基合金。对于目前基于B2的HEA，软FCC层沿着晶界分布。在变形过程中，软相可以协调周围晶粒的变形并抑制裂纹扩展。因此，在高水平的持续加工硬化过程中，可以充分激发B2基体优越的内在变形能力。

总而言之，文章提出了一种方法，通过测量共晶的单个相组成，从现有的高性能过饱和HEAs中快速筛选高性能过饱和HEAs。过饱和性质促进了基质和改性相的微观结构，增强了机械性能，这两种合金验证了快速设计思路的合理性。共晶合金进行合金设计的两个必要条件，一方面，所选择的共晶应具有优良的本征性质。另一方面，硬相或软相作为改性相可以弥补过饱和基体的弱点，进一步加强延展性。

免责声明：本网站所转载的文字、图片与视频资料版权归原创作者所有，如果涉及侵权，请第一时间联系本网删除。