《Scripta Materialia》高熵合金的晶界弛豫行为和相稳定性!
体心立方(BCC)高熵合金(HEAs)具有优异的高温强度和耐辐照性，由于其在能源、空间和核应用领域的潜在应用，近年来受到越来越多的关注。BCC结构HEAs优异的高温强度与高温下晶体缺陷(如位错)的复杂松弛密切相关，这是由包括局部晶格在内的固有特征引起的。HEAs中弛豫行为的复杂性表现在两个方面：一方面，原子混乱程度的增加导致缺陷对称性的降低，这增加了弛豫参数的数量并增强了耦合效应；另一方面，大的局部晶格畸变(LLD)增加了局部滑动阻力并改变了位错的滑动模式，导致与位错相关的复杂松弛行为。虽然对HEAs弛豫行为已有一定研究，但是很少研究混合熵对高温弛豫行为的影响。
中国科学院固体物理研究所的研究人员通过内摩擦(IF)技术研究了AlCrTiVx(x=0,0.5, 1)HEAs的缺陷松弛行为和混合熵对松弛行为的影响，在AlCrTiV合金中发现了高温IF异常。相关论文以题为“Grainboundary relaxation behavior and phase stability of AlCrTiVx (x= 0,0.5 and 1) high-entropy alloys”发表在Scripta Materialia。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114144
在氩气氛围下通过电弧熔炼制备AlCrTiVx(x=0, 0.5,1)合金，反复重熔五次，对三种成分合金进行1100℃×5h退火。研究发现AlCrTi合金至少有四个明显的峰显示出择优取向，表明铸造AlCrTi合金中存在大量的孪晶结构。而AlCrTiV0.5和AlCrTiV合金中的晶粒相对粗大和等轴。AlCrTi合金为HCP结构(a=5.04c=8.25)，AlCrTiV0.5合金具有BCC结构(A2型)并由A2和B2两相组成。
活化熵的增加必然导致晶界松弛的活化能增加。P1峰的活化能随着合金的混合熵几乎呈线性增加。因此，随着V含量的增加，相应的活化熵逐渐增加，这意味着在晶界弛豫过程中，晶界附近有更多可选择的原子扩散路径。在1100℃退火5小时后，AlCrTiV合金中的HTBG异常增加，这是由于异常小晶粒的出现和纳米级FCC富钛析出相引起的错配位错。此外，观察到异常小晶粒附近存在成分偏析。
图1 AlCrTiVx (x= 0, 0.5, 1)合金的XRD结果以及不同样品的逆极图和取向分布
图2 不同成分试样的IF和相对模量随温度的变化
图3 对比不同成分试样在退火后与原始试样的高温IF行为
图4 (a) 退火后AlCrTiV样品的典型IPF图; (b) 退火AlCrTiV样品晶粒周围的SEM图和相应的EDX图; (c)(d)富Ti相与基体界面的元素分布和高分辨率TEM图像; (e)退火AlCrTiV试样的显微结构示意图
本文研究了AlCrTiVx (x=0, 0.5, 1)高熵合金的晶界弛豫行为和相稳定性。混合熵增加引起的活化能的增加。除了混合熵外，原子半径、晶界类型和自扩散系数的差异也可能影响晶界弛豫，导致高熵合金的成分略有差异。无论如何，相比优化晶粒尺寸和添加高熔点组分来提高材料的热稳定性，优化构象熵为评估和设计具有高热稳定性的金属材料提供了新的思路。本文结果对等原子高熵合金的热稳定性研究和利用内摩擦技术表征纳米异质结构有一定参考价值。（文：破风）