科學(xué)家破解高熵合金如何強(qiáng)與韌兼得

金屬材料的制備和使用淵源千年，是人們所用的最大量和最重要的材料之一。然而，金屬材料的強(qiáng)與韌往往不可兼得。

浙江大學(xué)高溫合金研究所博士丁青青、清華大學(xué)博士陳曉、喬治亞理工Ying Zhang、浙江大學(xué)電子顯微鏡中心教授余倩、喬治亞理工教授Ting Zhu、加州大學(xué)伯克利分校教授Robert Ritchie等打破傳統(tǒng)金屬中強(qiáng)塑性難以兼得的困境，研究揭示了高熵合金中晶格調(diào)控力學(xué)性能的特殊機(jī)制。與傳統(tǒng)的界面調(diào)控(包括晶界、相界、第二相界面等)以及團(tuán)簇等精細(xì)結(jié)構(gòu)調(diào)控相比，高熵合金中獨(dú)特的濃度波調(diào)控極精細(xì)并具有連續(xù)性，是一種可控和高效的材料強(qiáng)韌化方法。研究人員首先通過(guò)原子尺度的元素分布表征，揭示了高熵合金多種元素如何固溶在一起的重要疑問(wèn)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)了高熵合金中獨(dú)特的濃度波起伏，相比于傳統(tǒng)固溶體合金中在晶格尺度趨于平直的元素濃度波起伏，高熵合金中，即使是CrMnFeCoNi合金也存在各種元素的濃度在晶格間25%～15%的震蕩。這樣的濃度起伏會(huì)帶來(lái)納米尺度晶格阻力的震蕩和局域?qū)渝e(cuò)能的變化。緊接著，通過(guò)在保證完全固溶的前提下增加元素間電負(fù)性和原子大小的差距，研究人員制備了納米尺度各種元素濃度起伏在60%～0之間的CrFeCoNiPd合金。

在高倍電鏡的放大下，研究人員看到，普通材料的位錯(cuò)線(xiàn)是沿著固定的滑移帶像一線(xiàn)潮那樣奔涌向前，但是CrFeCoNiPd合金中，位錯(cuò)線(xiàn)卻走得磕磕絆絆?？蒲腥藛T把這樣的位錯(cuò)移動(dòng)稱(chēng)為交滑移，位錯(cuò)不沿著原有的晶面走，而是選擇了另一個(gè)晶面。這樣，位錯(cuò)之間的相互作用就會(huì)增加，提供了更多變形的可能，同時(shí)也“呼喚”更強(qiáng)的外力來(lái)推動(dòng)位錯(cuò)往前走。

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(qiáng)度，魚(yú)和熊掌可以兼得了。

高熵合金強(qiáng)度與塑性兼得的特點(diǎn)以及優(yōu)良的低溫性能，在未來(lái)航空、南北極等對(duì)溫度要求嚴(yán)苛的材料制備上大有可為，同時(shí)在防撞領(lǐng)域上也有重要應(yīng)用。