中山大学《JMST》封面综述！多主元合金的氢脆与失效机制
2022-04-28 16:01:08
作者：材料基 来源：材料基
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多主元合金具有优异的物理、化学和机械性能。其作为一种新型结构材料，在核能、氢能和石油化工等领域具有潜在的应用前景。然而，合金构件暴露在上述应用相关的工作条件下，氢脆是合金典型的失效方式。自2004年以来，高熵合金的氢脆才被研究者们关注，且近几年来对多主元合金氢脆的研究越来越多，然而，关于高熵合金氢脆综述的报道较少。
近日，来自中山大学的李新锋副教授等人报道和总结了多主元合金，特别是高熵合金，的氢脆研究进展。该综述主要从四个方面进行：1）氢迁移行为（氢的溶解度、氢扩散和氢陷阱）；2）氢脆的影响因素（氢浓度、合金元素和显微组织）；3）氢对拉伸力学性能的影响和氢致开裂微观机制；4）防止氢脆失效的设计理念。作者比较和讨论了高熵合金与传统合金在氢脆行为和失效机制上的差异。此外，还明确了氢脆基础问题下一步的研究方向，及提出了可以同时提高强度和氢脆抗力的策略。该综述以题为“Hydrogen embrittlement and failure mechanisms of multi-principal element alloys: A review”发表在材料冶金领域顶刊《Journal of Materials Science & Technology》，并作为期刊封面报道。这项工作是李新锋副教授传统合金氢脆综述（Acta Metallurgica Sinica （English Letters）， 2020，33 （6）， pp. 759-773）的进一步工作。
论文连接：
https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.01.008
多主元合金氢脆及其失效机制综述的图形摘要
图1 多主元合金与传统合金强度和塑性比较，表明在相同的充氢条件下，多主元合金具有高的抗氢脆性能。
图2 （a）BCC纯金属的点阵结构；（b）BCC多主元合金扭曲的点阵结构；（c）多主元合金氢的八面体间隙和四面体间隙；（d）3D电子密度等势面。
图3 纯镍（a）和CoCrFeMnNi高熵合金中氢的溶解能（纯金属中，氢的溶解能是恒定的；多主元合金中，氢的溶解能在一定范围内）。
图4 6种不同氢原子邻域的系统（H-M），显示高熵合金化学元素的复杂性。（a）H-Mix；（b）H-Cr；（c）H-Mn；（d）H-Co；（e）H-Fe；（f）H-Ni；（g）以H-Fe构型为例，H被Fe围绕，然而其他主元原子分布不同；（h）H对H-M系统作用能的影响。
图5 传统FCC结构合金和CoCrFeMnNi高熵合金的热脱附谱曲线，表明峰值温度范围的差异。（a）304 钢；（b）316L钢；（c）中锰奥氏体钢；（d-f）CoCrFeMnNi。
图6 合金元素种类对多主元合金拉伸性能的影响。（a）N元素（CoCrFeMnNi合金）；（b）B元素（CoCrNi合金）；（c）Mn 元素（CoCrFeMnNi合金）（d） Mo 元素（CoCrNi合金）。
图7 高熵合金的氢致裂纹萌生与扩展。（a）基体/碳化物界面；（b）晶界；（c）FCC/HCP两相界面；（d-f）氢致开裂沿着两个{111}面的交面，即（001）面。
图8 经低温变形的充氢CoCrFeMnNi高熵合金不同位置的变形机制。（a）横截面的EBSD反极图；（b-d）表面区域的明场、暗场和选取电子衍射图像；（e-g）试样内部区域的明场、暗场和选取电子衍射图像。
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