近期， ，威廉希尔质料科学与工程学院质料研究所无序合金团队在高性能高熵合金研究领域取得了一系列希望， ，在Corrosion Science、Composites Part B: Engineering、Virtual and Physical Prototyping、Journal of Materials Science & Technology、Materials Science and Engineering: A、Surface and Coatings Technology等期刊揭晓了相关效果。。这些效果在新型高熵合金的因素设计、微观组织调控、工艺优化、性能提升和构件成型等方面提出了新的看法， ，为高性能金属合金的研发提供了理论支持和手艺计划。。
希望一：为追求质料更卓越的性能， ，研究职员将高熵合金(HEAs)的看法扩展到了金属间化合物系统， ，形成磷七熵金属间化合物(HEIMs)和高熵金属间化合物基复合质料(HEIMCs)。。团队通偏激花等离子烧结(SPS)手艺乐成制备了一种新型并含有原位合成TiB2纳米颗粒的Ni-43.9Co-22.4Fe-8.8Al-10.7Ti-11.7B-2.5 HEIMCs。。所获得的HEIMCs块材具有有序的L12结构的金属间化合物基体(Ni, Co, Fe)3(Al, Ti, Fe)和六方密堆结构(HCP)的TiB2纳米结构增强相， ，增强相的平均尺寸为28.05?±?0.13 nm。。由于L12金属间化合物基体的固有高强度和TiB2增强的异质漫衍， ，HEIMCs体现出了约1.4 GPa的优异抗拉强度。。同时， ，团队研究发明TiB2纳米颗粒在阻碍裂纹撒播和与颗粒界面上的奇异无序界面协同作用方面起到了要害作用。。团队还在HEIMCs中发明了奇异的无序界面， ，其平均宽度在5-10nm规模内， ，可延缓断裂和提高塑性变形时的应变硬化速率。。团队制备的HEIMCs战胜了古板金属间化合物通常保存的局限性， ，并提供精彩的强度和延展性平衡。。这项研究效果有望为设计具有优异力学性能的原位增强HEIMCs提供清晰的思绪。。[该效果由穆永坤博后和贾延东研究员配合指导， ，硕士生胡珍完成， ，揭晓于Composites Part B: Engineering (2024)， ，https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2024.111556]
图1. (a)HEIMC-4样品的HAADF STEM图像， ，(b)HEIMC-1、-2、-3和-4样品的拉伸工程应力-应变曲线， ，(c)对应的应变硬化曲线， ，(d-g)晶界处的TEM图像， ，(h-k)电子通道衬度图像。。
希望二：团队接纳直接能量沉积(DED)手艺， ，通过调控工艺参数制备出了高度致密且力学性能优异的(FeCoNi)86Al7Ti7高熵合金， ，研究发明打印态合金具有亚稳态核壳沉淀强化效应， ，同时在塑性变形历程中体现出奇异的多级“台阶状”滑移波特征， ，而这种“台阶状”的滑移波增强了合金的塑性变形能力， ，起到显著的增韧效果， ，使其在坚持25.5%断裂延伸率的同时， ，极限抗拉强度抵达~1070MPa， ，这是一种同时提高合金强度和塑性的新要领。。别的， ，本研究深入探讨了微观结构与变形机制之间的相互作用关系， ，剖析了核壳沉淀结构与基体的协同作用关系以及滑移带在调控质料内部应力状态、增进应力匀称化和避免局部应力太过集中方面的作用。。这种亚稳态核壳沉淀和多级“台阶状”滑移波的引入为设计出具有优异的拉伸强度和塑性的高熵合金提供了新途径。。[该效果由穆永坤博后、贾延东研究员和王刚教授配合指导， ，硕士生梁建完成， ，揭晓于Journal of Materials Science & Technology (2024)]
图2. (a) 直接能量沉积示意图， ，(b) (FeCoNi)86Al7Ti7高熵合金拉伸试样在差别拉伸应变下的外貌形态转变， ，(c) 亚稳态核壳沉淀析出相的面扫和线扫能谱图像。。
希望三：为了提升高熵合金的力学性能， ，对其举行时效处置惩罚引入纳米级沉淀相是常见的后处置惩罚步伐。。然而， ，由于侵蚀征象在相界面和位错等缺陷处优先爆发， ，大宗第二相的析出往往倒运于高熵合金的耐蚀性， ，这关于实现质料优异的综合性能组成挑战。。团队对选区激光熔化(SLM)手艺制备的(FeCoNi)86Al7Ti7高熵合金在780 ℃时效处置惩罚前后微观组织和耐蚀性能举行测试表征。。电化学测试的效果批注， ，经时效处置惩罚的合金具有更正的侵蚀电位、更低的侵蚀电流密度、更强阻碍电荷转移能力及更平整的侵蚀外貌形貌， ，这些征象批注时效处置惩罚提升了(FeCoNi)86Al7Ti7高熵合金的耐蚀能力。。一方面， ，时效处置惩罚后高熵合金钝化膜中耐蚀性增益元素占比增添， ，致密水平和稳固性更高的钝化膜对合金基体的保； ； ；；；ぷ饔迷銮俊。另一方面， ，时效历程中高熵合金爆发大宗纳米尺寸L12型析出相， ，该析出相与FCC基体之间具有共格关系， ，二者之间的界面为不保存位错的一连界面。。因此时效处置惩罚未引入可能优先侵蚀的位点， ，质料的耐蚀能力获得增强。。目今研究批注， ，时效处置惩罚的(FeCoNi)86Al7Ti7高熵合金系统实现了力学性能和耐蚀性能的平衡， ，从而展现出重大的应用潜力。。[该效果由孙康副研究员和穆永坤博后配合指导， ，硕士生王育博完成， ，揭晓于Corrosion Science (2024)， ，https://doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111717]
图3. 时效处置惩罚前后高熵合金样品的电化学侵蚀性能与透射电镜图像。。
希望四：设计特殊的非匀称结构已被证实是突破强度和塑性矛盾的有用战略。。在这项事情中， ，我们从榫卯讨论的修建完整性和机械独创性（古板工艺的标记）中罗致灵感， ，在3D打印的高熵合金(HEA)中设计了一种新颖的机械互锁网络(MIN)。。亚晶交联不但在结构上模拟了讨论， ，并且再现了其改变MIN力学性能的功效。。MIN结构提供了优异的结构稳固性， ，并在变形历程中疏散了晶界处的应力， ，从而阻止了应力集中及其导致的裂纹扩展引起的灾难性断裂。。该合金的抗拉强度近1200 MPa， ，延伸率约为28%， ，其卓越性能归因于一系列潜在机制， ，包括异质变形诱导的强化和硬化效应、位错缠结、高密度堆垛层错以及 Lomer-Cottrell 锁的形成。。这些征象证实晰引入MIN异质结构增强HEA的力学性能的可行性， ，该研究增进了具有制造无邪性的高性能质料的开发。。[该效果由穆永坤博后和贾延东研究员配合指导， ，硕士生吴智滨完成， ，揭晓于Materials Science and Engineering: A (2024)， ，https://doi.org/10.1016/j.msea.2024.146422]
图 4. AM-FCNAT微结构示意图。。(a)AM-FCNAT的XY平面的电子通道衬度图像显示了多重机械互锁结构， ，(b)AM-FCNAT的亚晶和多亚晶结构示意图， ，(c)受榫卯结构启发的机械互锁结构示意图。。
希望五：古板的金属间化合物缺乏可加工性， ，在增材制造历程中容易爆发裂纹， ，而本项事情证实晰通过电子束粉末床融化(EBPBF)可乐成制造出无裂纹且高性能的化学重大型金属间合金(CCIMAs)。。由EBPBF制造的CCIMAs (NiCoFeAlTiB)微观结构很是重大， ，泛起出多相组成， ，其中无序的FCC相组成基体， ，与L12有序的金属间相交织。。有序晶格和高熵无序相的奇异组合通过优化的EBPBF工艺举行了调解， ，付与了该质料优异的机械性能， ，包括较高的拉伸强度（约1 GPa）和足够的延展性（约11%）。。研究发明， ，HCP和L21析出相也能有用减缓和阻止裂纹扩展。。这项事情展示了使用 EBPBF制造具有定制微结构的 CCIMAs， ，这将为挖掘先进金属间合金的潜力提供新的看法和制造战略。。[该效果由贾岳飞博后、卞西磊副研究员和西北工业大学屈瑞涛教授配合指导， ，博士生范才涛完成， ，揭晓于Virtual and Physical Prototyping (2024)， ，https://doi.org/10.1080/17452759.2024.2356733.]
图5. (a)电子束粉末床融化装备示意图， ，(b)笔直清静行打印偏向的拉伸件力学性能， ，(c)打印样品尺寸的示意图， ，(d)打印样品的SEM图和TEM图片， ，微观结构展示了种种析出相。。
希望六：为解决公斤级难熔高熵合金熔炼造成的化学因素不均， ，组织粗大、熔炼缺陷及合金在高温拉伸变形中的应变软化等问题， ，本研究通过悬浮熔炼公斤级HfNbTaTiZr难熔高熵合金， ，并连系高温多向铸造工艺， ，乐成消除熔炼合金中化学因素不匀称和宏观缺陷等问题， ，并显著提升难熔高熵合金高温拉伸强度和应变硬化率。。团队通过水冷铜坩埚乐成熔炼1公斤HfNbTaTiZr难熔高熵合金铸锭， ，并通过随后的高温多向铸造乐成消除缩松缩孔和宏观因素偏析。。高温多向铸造在高熵合金晶体内部引入大宗晶格缺陷， ，这些缺陷在高温变形历程中易增进晶内滑移带开动， ，因此可阻止沿晶断裂。。在高温变形历程中， ，滑移带周围的应变集中增进动态再结晶的爆发。。因此， ，晶内漫衍细小的动态再结晶和原始粗晶组成的双峰晶粒， ，异质晶粒爆发的背应力强化为高温下高应变硬化提供动力。。别的， ，通过TEM剖析发明， ，高温变形组织中微带的泛起缓解应力集中， ，阻止了合金的早期断裂。。研究效果批注， ，悬浮熔炼和高温多向铸造有望规模； ； ；；；圃旃锛禜fNbTaTiZr难熔高熵合金， ，其在高温下优异的力学体现归功于高温铸造在合金晶内引入的晶格缺陷。。本研究为制造和加工公斤级HfNbTaTiZr难熔高熵合金及其在高温下应用涤讪基础。。[该事情由贾岳飞博后指导， ，徐龙博士（现为江苏科技大学讲师）完成， ，揭晓于 Journal of Materials Science & Technology(2024)， ，https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.04.078]
图6. (a)和(b) 公斤级HfNbTaTiZr熔炼和高温多向铸造示意图， ，(c)和(d) 高温拉伸应力应变曲线和应变硬化率曲线， ，(e) F400试样变形组织， ，(f) 动态再结晶和原始粗晶晶粒统计漫衍图。。
希望七：轻质高/中熵合金具有高强度与轻量化的双重优势。。然而， ，这类合金室温下的拉伸延展性有限， ，这限制了它们在工程领域的普遍应用， ，特殊是关于航空航天结构部件。。近期的研究发明， ，调控TiVZrNb中熵合金中的钛(Ti)和钒(V)含量， ，可以显著提高它们在室温下的拉伸延展性， ，甚至抵达了三到四倍的提升。。这项研究不但解决了科学家们恒久以来的困扰， ，还为工程应用开发了新的可能性。。详细来说， ，通过系统调理Ti和V的含量， ，研究职员展现了一种内在的延展性机制。。这种机制使得断裂形式从晶间脆性断裂向韧性断裂转变。。别的， ，调控后的变形机制也从简单滑移模式演变为多重协同滑移模式， ，而合金的强度并未显着降低。。以(Ti1.5V)3ZrNb为例， ，相比等摩尔比的TiVZrNb中熵合金， ，其延伸率提高了360%， ，同时坚持了约800 MPa的高屈服强度。。这一效果显示， ，合金组成元素的调控不但通过镌汰有害相而净化晶界， ，还调控了变形位错构型。。这些看法为轻质难熔中熵合金的应用提供了新的思绪和偏向。。[该效果由贾岳飞博后完成， ，卞西磊副研究员和王刚教授指导， ，揭晓于Journal of Materials Science & Technology(2024)， ，https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.04.020]
图7. 合金因素调控驱动的力学性能和微观机理演变。。
希望八：在探索第四代核能系统的要害质料中， ，AlCrFeMoTi高熵非晶薄膜展现出卓越的辐射抗性， ，为核工业应用提供了新的可能性。。本研究通过磁控溅射手艺乐成合成了等原子比的AlCrFeMoTi高熵非晶薄膜， ，并对其举行了低剂量氦离子辐照实验。。实验效果批注， ，随着辐照剂量的增添， ，薄膜内部结构爆发了有序化转变， ，硬度显著提升， ，而外貌却变得越发平滑。。这一发明不但展现了高熵非晶质料在辐射情形下的稳固性和机械性能的优化潜力， ，也为未来核反应堆结构质料的选择提供了主要的科学依据。。[该效果由贾岳飞博后指导， ，国际留学生Shahid Ali完成， ，揭晓于Surface and Coatings Technology (2024) https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2024.130952]
图8. AlCrFeMoTi高熵非晶薄膜随辐照剂量的微观结构演化。。
以上研究获得了国家自然科学基金、上海市教育委员会立异妄想基金、航空基金和上海市超等博士后项目的资助。。
