我國學者破解高熵合金強度與塑性兼得奧秘

2019-10-10 10:29:21 來源: 科技日報 作者: 江耘

    洪恒飛 柯溢能 科技日報記者 江耘

9日,記者從浙江大學材料科學與工程學院獲悉,該院余倩教授聯合美國喬治亞理工學院Ting Zhu教授、加州大學伯克利分校Robert. Ritchie教授開展研究,從解密高熵合金中元素分布開始著手,揭示了高熵合金中晶格調控力學性能的特殊機制,對理解復雜成分合金中的強化機理具有重要理論意義。該成果日前刊登在《自然》雜志。

據了解,區別于元素含量主次明顯的傳統合金,高熵合金由五種及以上含量相當的金屬制成,其晶體結構清楚但元素分布混亂,可兼備高強度和高塑性。但各類元素在微觀尺度上究竟如何混合,才能形成其性能優勢?以往只知其然卻不知其所以然。

通過材料原子尺度的元素分布表征,研究人員發現高熵合金內不同元素的濃度會有起伏,形成狀如丘陵的濃度波,不像其在傳統合金中那樣平直。余倩表示,與傳統的界面調控以及團簇等精細結構調控相比,高熵合金中獨特的濃度波調控極精細并具有連續性,是一種可控和高效的材料強韌化方法。

“這些‘丘陵’,是晶格尺度下調控位錯移動的本質。”余倩介紹道,課題組將實驗合金中的錳元素替換成更重的鈀元素后,發現濃度波增加了幾倍,即“丘陵的海拔大幅增高”。在高倍電鏡的放大下,一條條位錯線好像陣陣浪潮,卻不像普通材料中沿著固定的滑移帶那樣奔涌向前,反而走得磕磕絆絆。

“位錯不沿著原有的晶面走,而是選擇了另一個晶面。我們把這樣的位錯移動稱為交滑移。實驗測得,大量的交滑移作用,使得合金有更好的均勻變形能力又有更好的強度,我們從而發現了可用于調控傳統金屬材料的強塑性的新機制。”余倩表示,這在未來航空、南北極等對溫度要求嚴苛的材料制備及防撞領域上將有重要應用。


余倩與課題組成員觀察合金中各元素分布

微觀視角下,課題組實驗用高熵合金中的位錯行為。圖中所示的“丘陵”,即不同元素的濃度起伏。

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責任編輯:陳可軒(實習)
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