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原來,魚與熊掌可以兼得!浙大學者破解高熵合金強度和塑性兼得奧秘

3d单选单复式组六 www.byoxni.com.cn 發布時間:2019-10-17來源:杭+新聞作者:方秀芬 吳雅蘭 柯溢能 盧紹慶0

目前,大多數合金都依然存在同一個關鍵問題:合金的強度越高,其延展性和韌性卻越小,這是“魚與熊掌不可兼得”的難題。近日,浙江大學電子顯微鏡中心張澤院士團隊的余倩和美國喬治亞理工學院的朱廷、加州大學伯克利分校的Robert. Ritchie合作,從解密高熵合金中元素分布開始著手,揭開了廬山真面目。國際頂級學術期刊《Nature》10月10日在線發表了他們的最新研究成果。

余倩課題組首先通過原子尺度的元素分布表征,揭示了高熵合金多種元素如何固溶在一起的重要疑問?!拔頤欠⑾至爍哽睪轄鷸卸撈氐吶ǘ炔ㄆ鴟?,相比于傳統固溶體合金中在晶格尺度趨于平直的元素濃度波起伏,高熵合金中,即使是CrMnFeCoNi合金也存在各種元素的濃度在晶格間25%到15%的震蕩。這樣的濃度起伏會帶來納米尺度晶格阻力的震蕩和局域層錯能的變化?!庇噘凰?。緊接著,通過在保證完全固溶的前提下增加元素間電負性和原子大小的差距,研究人員制備了納米尺度各種元素濃度起伏在60%到0之間的CrFeCoNiPd合金。

這就好比一堆蘋果、梨、橙子,乍一看都差不多,換上一個西瓜,就很顯眼了,“把錳換成了鈀,晶格調控效應放大了,便于我們‘看清’背后的機理?!?課題組成員丁青青說。

實驗發現,在CrFeCoNiPd合金中,鈀的加入引起了所有元素濃度波起伏的加劇。由于濃度波的波幅大大增加,室溫下材料塑性變形方式從傳統的不全位錯滑移、全位錯滑移、孿晶變形等轉變為罕見的大量均勻分布的交滑移為主導的變形方式。同時,原子內應力分布發生變化,引起極小空間尺度的晶格阻力震蕩顯著加劇,在晶格中造出來丘陵的地貌,這是大量交滑移出現的本質原因,也使得材料的力學性能與CrMnFeCoNi合金相比,在保證相當水平的塑性變形能力的情況下,強度顯著提高。

“準確認識高熵合金中高強塑性背后的本征原因將幫助我們揭秘高效的強韌化機理,有利于材料性能優化設計和高性能合金的研發?!?余倩介紹,高熵合金強度與塑性兼得的特點以及優良的低溫性能,在未來航空、南北極等對溫度要求嚴苛的材料制備上大有可為,同時在防撞領域上也有重要應用。


杭+新聞2019年10月10日