《Nature》子刊:剪切带驱动弥散析出相,获得超强韧中熵合金! 2024-08-06 11:16:39 析出强化,以其优良的强化效果成为物理冶金的基础,已有一百多年的历史。这种方法通常采用共格和纳米尺寸的析出相,因为非共格析出相由于与基体不相容而在能量上变得起伏,并提供微不足道的强化效果,甚至导致脆性。日前,来自韩国高等技术研究院的Pyuck-Pa Choi & 韩国高丽大学的Seok Su Sohn等研究者提出了纳米和半共格析出相的剪切带驱动弥散析出,显示出显著的强韧化效果。相关论文以题为“Shear band-driven precipitate dispersion for ultrastrong ductile medium-entropy alloys”发表在Nature Communications上。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-25031-6 在结构应用中,努力开发具有超高强度和足够均匀延展性的材料,是一项迫切的挑战。该目标通常是通过设计无序的基体负责延展性,有序相作为沉淀阻碍位错运动来达到的。这种所谓的析出强化,特别是当引入与基质相共格的、结构相似的第二相时,在抑制延性牺牲方面是非常有效的。共格性,使析出相在纳米尺度上均匀分布,产生共格应变场和反相边界强化。例如,在无序的FCC基体中,由L12有序面心立方(FCC)相组成的Co基或Ni基高温合金中。然而,有序相形成元素的过度合金化,可能会导致形成结构上与拓扑封闭填充(TCP)基体不同的相,如σ相、μ相和Laves相,导致在粗糙的微观尺度上由于共格性的丧失而在晶界上的不均匀分布。这种显微结构使得合金在承重应用中容易发生灾难性失效。因此,非共格沉淀被认为是有害的,要通过合金元素的精细控制和热机械处理加以抑制。为了克服基体中异相的严重脆性,一种可行的方法是通过避免与基体形成非共格界面来控制半共格析出相。半共格析出相的界面能比非共格析出相低,降低了它们的粗化程度,而在纳米尺度上的均匀分布,可以通过在晶格中引入额外的形核位点来体现,正如在低密度钢和铝合金中报道的那样。此前,为了实现研究者的设计理念并开发具有良好延展性的超高强度合金,研究者选择了一种等原子三元Co-Ni-V合金作为模型基体系统。这种中熵合金(MEA)是单相结构的多主元合金(MPEAs)或高熵合金(HEAs)的一个亚类,由于严重的晶格畸变,其屈服强度达到~1GPa,拉伸延展性达到38%。这一特性仅仅是由于FCC组织的基体,在平均~2 μm晶粒尺寸下的固溶和晶界强化所致。然而,进一步提高CoNiV合金的力学性能是具有挑战性的,因为传统工艺中由于工艺窗口有限,晶粒的额外细化受到限制。在这方面,析出强化是一个有吸引力的可进一步改善力学性能得候选手段。近年来,通过析出强化的方法开发MPEAs的研究不断进行,多项研究表明,均匀分布在FCC基体中的L12纳米颗粒,在保持中等延性的同时,显著提高了强度。大多数的研究,都是利用共格析出相,但还没有尝试通过采用与基体不同的半共格析出相来改善性能。在此,研究者提出了一个基于CoNiV的MEA,可以通过形成半共格纳米沉淀物和热机械处理,使它们均匀地分散在晶格中加强。为了实现这种材料,根据密度泛函理论(DFT)计算,在FCC矩阵中加入~6.25 at% Al,形成L21有序体心立方(BCC)相。采用常规的冷轧工艺,在材料中引入足够的点阵缺陷,随后进行热处理,利用点阵缺陷附近储存的能量,促进析出相的形成和再结晶。在高位错密度的帮助下,材料加工定制析出相的尺寸和形态,允许有效强化,导致显著的强度-塑性平衡。该方法表明,结构上不同的析出相(由于其强化作用或对延性的不利影响可以忽略不计)通常被避免,可以为开发高强度延性结构材料提供有用的设计概念。 图1 材料与工艺设计。 图2 随着热处理温度的升高,组织演变。 图3 中熵Al0.2CoNiV合金在800℃热处理1 h后的组织演变。 图4 研究者合金的室温力学性能。 图5 高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)图像显示了Al0.2VCoNi合金在850°C下退火1小时的变形结构。在此,研究者设计的合金其独特的超高强度和延展性,是由于纳米沉淀物沿微剪切带精细分散和半共格的微结构修饰所致。由NTs和SFs组成的微剪切带作为非均质形核点,有效地阻碍了晶界粗大和非共格析出相的形成,对强化的影响可以忽略不计。该合金的设计和工艺路线可以改变析出相的尺寸、形貌和分布,使其强度-塑性平衡,达到1587 MPa × 26.7%,比以往报道的HEAs和MEAs高。(文:水生) 赞 (0) 相关推荐 天津大学刘永长教授团队《Nature》子刊:强韧性大幅提高!制备高性能氧化物弥散强化合金 导读:氧化物弥散强化 (ODS) 合金具有优异的抗蠕变性.良好的高温微观结构稳定性和良好的抗辐照性,是一类在高温应用中很有前景的合金.然而,由于氧化物颗粒倾向于在金属基体晶界处聚集令人困扰,它们对金属 ... 【国际动态】韩国开发新型超高强-高延性中熵合金 近日,据韩国研究财团透露,高丽大学和韩国科学技术院(KAIST)联合研究小组开发了一种新型中熵合金,兼具超高强度和高延性的优点. 通常而言,高强合金的制备主要采用了析出物的原理.将多种金属熔化并均匀混 ... 快速共格无序析出:规模化制备 高强韧孪晶钢新途径 在这里,读懂全球钢铁 1 研究背景 长期以来,钢铁材料以其优异的机械性能和低廉的价格在国民经济.国防建设和人民生活中起着不可或缺的作用.然而,随着近年来节能减排成为人类社会发展的重中之重,作为降低能耗 ... Nature子刊 | 全长转录组重建揭示了大鼠海马中RNA和蛋白质亚型的多样性(国人作品 IF=11.878) 编译:大师球,编辑:十九.江舜尧. 原创微文,欢迎转发转载. 南方科技大学生命与健康科学学院生物系陈炜教授团队于2019年11月1日,在Nature Communications(IF=11.878) ... 科研 | Nature子刊:建立快速检测大型临床样本中SARS-CoV-2的质谱系统 编译:阿温,编辑:Tracy.江舜尧. 原创微文,欢迎转发转载. 导读 严重急性呼吸综合征2型冠状病毒(SARS-CoV-2)的爆发给世界各地的公共卫生系统带来了压力,大规模的人口检测是控制这种大流行 ... 综述(下) | Nature 子刊:肠道微生物群和NAFLD—代谢紊乱中的微生物标志物 编译:Jione.song,编辑:小菌菌.江舜尧. 原创微文,欢迎转发转载. 导读 肠道菌群在宿主消化.免疫和新陈代谢中具有关键的生理作用.最初仅通过基于培养的方法进行研究,随着高通量测序技术(sho ... 综述(上) | Nature 子刊:肠道微生物群和NAFLD—代谢紊乱中的微生物标志物 编译:Jione.song,编辑:小菌菌.江舜尧. 原创微文,欢迎转发转载. 导读 肠道菌群在宿主消化.免疫和新陈代谢中具有关键的生理作用.最初仅通过基于培养的方法进行研究,随着高通量测序技术(sho ... Nature子刊 | 肠道菌群代谢组研究表明饮食中的丝氨酸会让大肠杆菌在炎症的肠道中更加具有竞争力 推荐:江舜尧 编译:小鹿同学 编辑:小菌菌 美国密歇根大学内科系消化内科Nobuhiko Kamada等人于2019年11月4日在微生物学顶级期刊Nature Microbiology发表题目为< ... Nature子刊 | 短链脂肪酸在微生物-肠-脑通讯中的作用(综述) 推荐:江舜尧 编译:董小橙 编辑:董小橙 比利时学者Kristin Verbeke等人于2019年5月23日在<Nature Reviews Gastroenterology & Hep ... 53分Nature子刊综述:小细胞外囊泡在癌症中不断发展的转化应用潜力 癌症来源的细胞外囊泡(EVs)被认为具有用作治疗和疾病生物标记物的潜力.EVs已显示出在大多数癌症进展中起作用.包括小型EVs(sEVs)在内的癌症EVs包含独特的生物分子货物,由蛋白质.核酸和脂质组 ... Nature子刊:还吃吗?西式快餐中检测到10种致命化学物质 众所周知,各种疾病的发生和发展,与行为.饮食.环境等有着直接关系.多年来人们之所以无法控制疾病的发生和发展,其中原因之一就是饮食,吃了大量不该吃的食物,导致多种疾病的发病率不断上升. 邻苯二甲酸盐,通 ... 北大夏定国&中科大储旺盛JACS:亚2 nm超小型高熵合金纳米粒子用于电催化制氢 通讯作者:储旺盛:夏定国 通讯单位:中国科学技术大学:北京大学 电催化水分解被普遍认为是一种用于可再生能源存储和碳中和生产氢燃料的最有效和可用的技术.高熵合金(HEAs)由于其独特的特性(组成.电子结 ...