0.5K！首次报道一种中熵合金极低温下力学性能！
2021-10-29 17:09:34
作者： 材料科学与工程 来源： 材料科学与工程
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日前，来自韩国浦项理工大学的Hyoung Seop Kim等研究者，报道了一种中熵合金从室温直到0.5K低温下的力学和微观结构特征。相关论文以题为“Deformation behaviorof a Co-Cr-Fe-Ni-Mo medium-entropy alloy at extremely low temperatures”发表在Materials Today上。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702121002789
在过去的二十年中，人们开发出了新的高、中熵合金（HEAs和MEAs），这一领域的研究正在蓬勃发展。HEAs/MEAs的定义一般是根据合金的构型熵来定义的。在这些材料中，面心立方（FCC） HEAs/MEAs，在低温下表现出优异的力学性能，这是由于缺陷、变形诱发孪晶和/或变形诱发马氏体相变（DIMT）的强化作用。特别是，通过化学成分和变形温度控制相稳定性的DIMT的“亚稳态工程”方法已广泛应用于新型HEAs/MEAs的设计。近年来，人们研制出了在77 K下，具有良好应变硬化和抗拉强度特性的亚稳态亚铁MEAs。这些性质，被认为是FCC到体心立方（BCC）晶体结构的DIMT的结果。
在更低温度下，对HEAs/MEAs的力学响应的兴趣，是由它们在外层空间应用结构中的潜在用途驱动的。注意，与宇宙微波背景有关的外层空间的平均温度是2.725 K。
在此，研究者报道了双相MEA Co17.5Cr12.5Fe55Ni10Mo5（原子百分比，at %， Mo5），从室温至0.5 K的宽温度范围下的力学性能和变形诱导的组织演变。这是关于两相HEA/MEA，首次报道了在这个创纪录的低温下的力学响应，它补充了在0.5 K下单相HEA和MEA的稀缺数据。在研究的整个温度范围内，该合金表现出优异的强度和塑性，并具有较高的应变硬化速率。其屈服强度、抗拉强度、应变硬化能力和吸收的机械能等性能，均优于大多数低温合金和HEAs。在考虑的极低温度区间（0.5-4.2 K）内，该合金表现出几个不同寻常的特征，包括屈服强度和拉伸延性的温度依赖异常，不连续塑性变形（DPF），以及变形诱发马氏体转变倾向的变化等。
图1 Mo5合金的初始组织和低温力学性能。
图2 低温变形Mo5合金的EBSD相图。
图3 Mo5合金在4.2 K下变形的TEM图像。
图4 BCC相分数和位错密度随真应变、、和温度的变化。
图5 Mo5合金在77 K-0.5 K变形后断口的SEM图像。
图6 采用TEM双束成像技术分析了4.2K变形Mo5合金的位错特征。
图7 Mo5合金的热力学计算结果和主要的温度依赖机制。
图8 Mo5合金的力学特性与其他HEAs和MEAs（文献汇编）以及传统FCC合金的力学特性相比较。
综上所述，研究者系统研究了极低变形温度（0.5 K）下Mo5合金的力学性能和微观组织演变。基于材料在所研究温度下的热-力学耦合假设，阐明了马氏体分数的特殊趋势和位错密度的非单调演化等不寻常的特征。可以得出以下结论：
1. 中熵合金Mo5在液氮和液氦温度下表现出优异的力学性能。
2. 由于由FCC向BCC的变形诱发马氏体转变，或者在较小程度上是HCP晶体结构，Mo5合金具有优异的低温力学性能，包括高屈服强度（1075 MPa）和良好的应变硬化能力，在4.2 K时，抗拉强度高达1651 MPa。
3. 首次在0.5 K的低温条件下研究了双相MEA的力学性能。
4. 在4.2 K以下的温度范围内，发现了四种特征现象，即非连续塑性变形、屈服强度和塑性的温度异常和变形诱发马氏体相变的温度依赖异常。
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