【引言】

高(gao)熵(shang)合金(jin)具(ju)(ju)有(you)變化范(fan)圍極(ji)大的(de)局域化學環(huan)境(jing)，通常(chang)具(ju)(ju)有(you)大于(yu)1.5R的(de)構(gou)型(xing)熵(shang)。受到一個(ge)相似概念(nian)啟發，中熵(shang)合金(jin)得以發展，其構(gou)型(xing)熵(shang)在1R至1.5R之(zhi)間。例(li)如，典型(xing)的(de)三元NiCoCr中熵(shang)合金(jin)，具(ju)(ju)有(you)無序面心立方結(jie)構(gou)，在室(shi)溫(wen)和低(di)溫(wen)環(huan)境(jing)下均具(ju)(ju)有(you)優(you)于(yu)FeCoNiCrMn高(gao)熵(shang)合金(jin)的(de)力學性(xing)能。然而，有(you)關中熵(shang)合金(jin)顯微結(jie)構(gou)敏感(gan)度，特別是(shi)關于(yu)合金(jin)化和制備方法(fa)的(de)研(yan)究(jiu)(jiu)極(ji)為有(you)限，而該方面的(de)研(yan)究(jiu)(jiu)或(huo)許會(hui)為提(ti)高(gao)中熵(shang)合金(jin)的(de)性(xing)能提(ti)供新的(de)啟示。

【成果簡介(jie)】

近日(ri)，德國(guo)馬克斯-普朗克鋼鐵研(yan)究所的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Junyang He和(he)Surendra Kumar Makineni（共同通訊作(zuo)者(zhe)）與(yu)北京(jing)科技大學、英國(guo)帝國(guo)理工學院(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)同行合作(zuo)，在(zai)Script Materialia上發表(biao)了題為“On the formation of hierarchical microstructure in a Mo-doped NiCoCr medium-entropy alloy with enhanced strength-ductility synergy”的(de)(de)(de)(de)(de)(de)文章。作(zuo)者(zhe)通過(guo)Mo摻雜和(he)熱(re)機械過(guo)程(cheng)相(xiang)結(jie)(jie)合的(de)(de)(de)(de)(de)(de)優化(hua)方案(an)，證明了NiCoCr中熵(shang)合金中分(fen)層結(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形成(cheng)(cheng)(cheng)會導致屈服強(qiang)度和(he)極限(xian)拉(la)伸強(qiang)度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)顯著提升，同時斷裂延伸率也提高(gao)了35%。Mo的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加會減緩700℃時冷軋合金的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)晶動力學。經過(guo)4小時退火，顯微結(jie)(jie)構(gou)由(you)較軟(ruan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)再結(jie)(jie)晶部分(fen)和(he)較硬的(de)(de)(de)(de)(de)(de)未(wei)結(jie)(jie)晶區域組成(cheng)(cheng)(cheng)，此外(wai)還有彌散(san)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)σ偏(pian)析(xi)物、退火孿(luan)晶和(he)殘留的(de)(de)(de)(de)(de)(de)堆垛層錯/納米(mi)孿(luan)晶，實驗(yan)表(biao)明以上組成(cheng)(cheng)(cheng)對(dui)總體力學行為都有貢獻。

【圖(tu)文導讀】

圖1：低倍(bei)放大的ECC顯微結構(gou)表征。

(a)Mo摻雜中熵(shang)合金在冷軋后900℃/1h退火的(de)完(wan)全再結晶(jing)結構(gou)；

(b)Mo摻(chan)雜(za)中(zhong)熵(shang)合金在冷軋后700℃/4h退(tui)火(huo)的部分再結晶結構；

(c)在部分(fen)(fen)再(zai)結晶(jing)的Mo4-PR中熵合金的預先再(zai)結晶(jing)區域中，均勻(yun)分(fen)(fen)布著細小(xiao)的未再(zai)結晶(jing)區域和再(zai)結晶(jing)晶(jing)粒；

(d)圖(tu)(c)中顯微結構的(de)細(xi)(xi)節：細(xi)(xi)小的(de)未再結晶區(qu)域；

(e)圖(tu)(c)中顯微(wei)結構的細節：再結晶晶粒(li)；

(f)包含上述所有特征的Mo4-PR中熵(shang)合金顯微結構示意圖。

圖(tu) 2：對(dui)再結晶區域偏析物(wu)的(de)原子結構和成分表征。

(a) 低倍(bei)放大的HAADF-STEM圖(tu)像(xiang)顯(xian)示晶界處存在一(yi)種偏析物(wu)；

(b) 高倍(bei)放(fang)大的HAADF-STEM圖像顯示連接FCC的γ-基底和(he)σ相的界面(mian)區域；

(c) 表(biao)示含(han)有(you)部分σ偏析物的Mo4-PR樣品中(zhong)Ni（綠色）和Mo（紅色）分布(bu)情況的APT分布(bu)圖；

(d) 穿過11 at.% Mo等成分表(biao)面的近鄰直方圖揭示了(le)偏析物和基底之間的元素劃分。

圖3：部分再結(jie)晶和完全再結(jie)晶的Mo4-PR中熵合金比較拉(la)伸性質。

(a)工(gong)程應力應變曲線(xian)，有來自(zi) [39]的數據；

(b)應力/加工硬化(hua)速率和真(zhen)實應變(bian)的關(guan)系曲線；

(c)DIC分布(bu)圖顯示Mo4-PR樣品中斷(duan)裂前的(de)應(ying)變分布(bu)情況。

圖4：ECC圖像顯(xian)示部分再(zai)結(jie)晶Mo4-PR樣品中不同局域(yu)應變程(cheng)度的變形顯(xian)微結(jie)構。

(a&b) 12%局域應變(bian)處，早期(qi)形(xing)變(bian)階段多形(xing)成堆垛層(ceng)錯；

(c&d) 15%局域應變(bian)處，致(zhi)密的臺階(jie)狀形變(bian)孿晶傳播通過了再結晶晶粒；

(e&f) 50%局域應(ying)變處(chu)，較多相(xiang)交(jiao)的(de)(de)多重(zhong)形(xing)變孿晶仍(reng)然存在于(yu)模糊的(de)(de)襯度之外。

【小結】

總的(de)(de)(de)來(lai)講，作(zuo)(zuo)者通過(guo)(guo)Mo摻雜和(he)(he)熱機械過(guo)(guo)程(cheng)相結(jie)合(he)(he)的(de)(de)(de)方式，展示了NiCoCr中熵(shang)(shang)合(he)(he)金(jin)(jin)中分層(ceng)顯(xian)微結(jie)構形(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)可能性。最佳組合(he)(he)結(jie)果(guo)會(hui)產(chan)生部分再(zai)結(jie)晶(jing)(jing)態，中熵(shang)(shang)合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)屈(qu)服強度表(biao)現(xian)出顯(xian)著(zhu)的(de)(de)(de)增(zeng)加，比完(wan)全再(zai)結(jie)晶(jing)(jing)的(de)(de)(de)樣品高出60%。從而催生出了分層(ceng)結(jie)構的(de)(de)(de)出現(xian)，例(li)如再(zai)結(jie)晶(jing)(jing)和(he)(he)未再(zai)結(jie)晶(jing)(jing)區域(yu)，Mo/Cr富(fu)集的(de)(de)(de)σ-偏(pian)析相，退火孿晶(jing)(jing)和(he)(he)殘留的(de)(de)(de)堆(dui)垛層(ceng)錯/納米孿晶(jing)(jing)。合(he)(he)金(jin)(jin)發生塑性形(xing)變(bian)(bian)時(shi)先通過(guo)(guo)堆(dui)垛層(ceng)錯的(de)(de)(de)多處形(xing)變(bian)(bian)隨后孿晶(jing)(jing)形(xing)變(bian)(bian)導致總體(ti)的(de)(de)(de)加工硬化和(he)(he)韌(ren)性。該(gai)工作(zuo)(zuo)證(zheng)明了中熵(shang)(shang)合(he)(he)金(jin)(jin)對合(he)(he)金(jin)(jin)化和(he)(he)熱機械過(guo)(guo)程(cheng)十分敏(min)感，會(hui)產(chan)生分層(ceng)顯(xian)微結(jie)構以及力學性質(zhi)的(de)(de)(de)提高，有助于(yu)進一步拓寬結(jie)構應用材料設計(ji)的(de)(de)(de)范圍。

文獻鏈接：（Script Mater.,2019, DOI:  10.1016/j.scriptamat.2019.08.036）