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金屬所等在高強塑梯度納米位錯結構高熵合金研究中獲進展

發布時間:2021/9/26 16:56:42編輯:Ma Liang
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  金屬材料的塑性變形通常基于全位錯的增殖運動、孿生、剪切或相變來協調。位錯常被視為塑性變形的基本載體,通過與其他結構缺陷(如晶界、孿晶界、相界等)發生交互作用而強韌化材料;在大塑性變形時,則通過形成小角度位錯界演變為大角晶界,實現細晶強化。而位錯結構本身強化效應有限,尤其是不全位錯主導的變形及強化行為鮮有報道。
  近年來,多主組元高熵合金因其近乎無限的成分區間、獨特的化學短程有序結構和優異的力學性能而備受關注。然而,研究發現長期制約傳統金屬結構材料發展的“強度-塑性”倒置關系在高熵合金中依然普遍存在,原因在于其塑性變形機制被認為與傳統金屬材料并無本質差別。因此,迫切需要借助新穎的微觀結構構筑來揭示高熵合金是否具有獨特變形機制,以豐富金屬材料的有效強韌化策略。
  近日,中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心研究員盧磊團隊與美國田納西大學、美國橡樹嶺國家實驗室、美國阿貢國家實驗室合作,關于這一科學難題取得研究重要進展。9月23日,相關研究成果以First Release形式在線發表在《科學》(Science)上。
  研究人員運用一種簡單、高效的小角度往復扭轉梯度塑性變形技術,保持Al0.1CoCrFeNi高熵合金棒材樣品中原始晶粒的形貌、尺寸和取向不變,同時在晶粒內部引入百納米尺度位錯胞穩定結構。隨距樣品表面深度增加,位錯胞尺寸逐漸增加,位錯密度隨之降低,實現了位錯胞結構從樣品表面至芯部的梯度序構分布和可控制備。拉伸結果表明,梯度位錯胞結構顯著提高材料屈服強度,并使其保持良好的塑性和穩定的加工硬化。梯度位錯結構高熵合金的強塑積-屈服強度匹配優于文獻報道中相同成分的均勻或梯度結構材料。
  研究利用高分辨透射電子顯微技術、同步輻射X射線、原位中子衍射等多尺度微觀結構表征技術,發現高熵合金中梯度位錯結構在塑性變形過程中激活了不全位錯-層錯誘導塑性變形機制。變形初期,亞十納米細小層錯即從位錯胞壁萌生、滑移擴展,其密度隨拉伸應變增加而增加,逐漸演變成超高密度三維層錯(與少量孿晶界)網格,直至布滿整個晶粒。超高密度細小層錯/孿晶的形成有效協調其塑性變形、細化初始位錯結構、阻礙其他缺陷運動而貢獻強度和加工硬化。這一新的層錯強韌化機制不同于傳統結構材料的全位錯強化,與高熵合金中空間波動的低層錯能、納米尺度位錯胞結構以及梯度序構效應引起的復雜應力場密不可分。該研究剖析了高熵合金特有的變形機理,表明了簡單、易行的往復扭轉梯度塑性變形技術可廣泛用于梯度結構材料的構筑與制備,具有重要的基礎研究和應用價值。
  研究工作獲得國家自然科學基金委員會、中科院、遼寧省“興遼英才計劃”、中科院沈陽材料科學國家研究中心等的資助。
 

微信號:ayiwangapp17

(來源: 中國科學院科技產業網 )

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