泽攸科技原位产品助力揭示高熵合金中的晶界纳米沉淀强化机制
发布时间：
2024-08-30
随着先进制造业的快速发展，对材料性能的要求越来越高，尤其是对同时具备高强度和高延展性材料的需求日益增长。在材料科学中，通过提高位错运动的阻力来增强材料的强度是一种常见的方法。
随着先进制造业的快速发展，对材料性能的要求越来越高，尤其是对同时具备高强度和高延展性材料的需求日益增长。在材料科学中，通过提高位错运动的阻力来增强材料的强度是一种常见的方法。晶界由于其在相邻晶粒间引入的晶格取向变化和边界处的无序性，通常能够阻碍位错的滑移。然而，传统的通过增加晶界比例来强化材料的方法存在一定的限制，因为小晶粒尺寸会导致变形机制从位错滑移转变为晶界滑移和迁移，这限制了材料强度的进一步提升。
因此，如何设计和控制材料的微观结构，以实现在不牺牲延展性的前提下提高材料强度，是当前材料科学研究中的一个重要挑战。
针对以上提到的问题，由浙江大学组成的研究团队利用泽攸科技TEM原位和SEM原位测量系统进行了深入研究。他们开发了一种成分为Cr30Co30Ni30Al5Ti5的高熵合金（MPEAs），该合金结合了晶内和晶界纳米沉淀相。通过利用多尺度、三维和原位电子显微镜技术，结合计算模拟，研究团队确定了该材料中晶界纳米沉淀在增强强度和促进位错塑性方面发挥了关键作用。相关成果以“Achieving high strength and large ductility in a Cr30Co30Ni30Al5Ti5 alloy through intergranular precipitation”发表在《Journal of Materials Science & Technology》上，全文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.07.029
论文的主要研究内容集中在开发和研究一种新型的Cr30Co30Ni30Al5Ti5高熵合金，这种合金通过精心设计的热处理和微观结构控制，实现了高强度和大塑性的同时具备。研究团队通过多尺度、三维和原位电子显微镜技术，结合计算模拟方法，深入分析了合金中晶界纳米沉淀相的结构特征及其对材料力学性能的影响。
研究的核心发现是，合金中的复杂成分生成了化学不均匀性，这些不均匀性在晶界处触发了复杂的相结构形成。特别是，Ti、Al和Cr在晶界的偏聚可能是触发非连续沉淀反应的关键因素。这些纳米沉淀相由具有不同组成和结构的多相组成，但它们的晶体平面与位错滑移的需要非常匹配，允许位错在不同相结构间持续滑移。
此外研究还发现，尽管晶界纳米沉淀相在结构上具有复杂性，但它们不仅增强了合金的强度，还促进了位错的直接传输和在变形过程中的多重滑移及交叉滑移机制。这种结构在晶界附近产生了波动的应力场，增强了强化效果，并促进了位错的增殖和存储。最终，这种材料展示了约1010 MPa的屈服强度和约1500 MPa的极限抗拉强度，同时具有显著的41%的断裂伸长率，表现出卓越的工作硬化能力。
这项研究不仅揭示了通过晶界纳米沉淀强化来优化材料强度-延展性权衡的潜力，而且强调了利用复杂组成设计复杂功能微观结构的策略，为高性能合金材料的开发提供了新的理论和实验基础。
安徽泽攸科技有限公司作为中国本土的高端精密仪器公司，是原位电子显微镜表征解决方案的一流供应商，推出的PicoFemto系列的原位透射电子显微镜表征解决方案，陆续为国内外用户的重磅研究成果提供了技术支持。下图为本研究成果中用到的原位产品：
PicoFemto FS01-ST原位拉伸闭环样品杆
PicoFemto NI-100 SEM纳米力测量系统
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