北京科技大学新金属材料国家重点实验室吕昭平团队发现高熵合金的多形性转变。国际学术期刊《自然 • 通讯》以研究论文的形式于 2017 年 6 月 1 日在线发表了这一研究新进展。

晶体材料中相同成分条件下的点阵结构发生变化即多形转变是一种奇妙的物理现象，这其中蕴藏着深刻的物理学意义。近年来，作为一种新的合金设计理念，等 / 近原子比的多主元成分的高熵合金由于所形成的单一固溶体结构，展现出独特的物理和力学性能，引起材料学者的极大兴趣。在这其中，CoCrFeMnNi 作为一种典型的单一面心立方（FCC）晶体结构，其优异的低温断裂韧性，延展性和抗氢脆性等而成为研究热点，而且被认为还具有极高的相稳定性。然而，CoCrFeMnNi 高熵合金的相结构在室温下真的稳定吗？

最近，北京科技大学新金属材料国家重点实验室吕昭平教授团队与北京高压科学研究中心曾桥石研究员合作，利用原位高温高压同步辐射技术对CoCrFeMnNi 典型的高熵合金进行系统研究（图 1），发现该合金在加压过程中存在 FCC-HCP（密排六方）的多形性转变现象（图 2），而且卸载后，HCP相基本保存下来（图 3）。在此基础上，该团队又利用原位高温高压同步辐射技术，对 FCC 和 HCP 结构在不同温度、压力条件下的稳定性做了进一步研究。结果表明，FCC 为高温稳定相，HCP 为低温稳定相（图 4）。本研究成果不但澄清了 CoCrFeMnNi 高熵合金中 FCC 结构稳定性的问题，还提供了一条新的调控高熵合金组织性能的途径。与此同时，该团队不仅在 CoCrFeMnNi 这一经典的 FCC 体系中发现压力下的多形性转变，还在其他合金体系中发现类似的现象，这表明压力作为一个全新的维度可以为高熵合金的稳定性和相结构调控打开另一扇门。

图文导读

图1：原位高压同步辐射X射线装置图

图2：原位加压卸压过程中X射线衍射谱

图3：原位加压卸压过程中FCC与HCP两相体积分数关

图4：CoCrFeMnNi HEA的FCC与HCP相的亚稳定温度压力边界示意图

文献链接：Polymorphism in a high-entropy alloy（DOI:10.1038/ncomms15687）