今日Nature：力学所/清华/西安交大新进展！
vivi
2021-04-29
第一作者：Xuefei Chen, Qi Wang, Zhiying Cheng通讯作者：Xiaolei Wu，Jing Zhu, En Ma通讯单位：中国科学院力学研究所，清华大学，西安交通大学多元元素合金是金属元素等原子混合的单相固溶体，因其突出的力学性能而受到广泛关注。其中三元体系通常称为中熵合金(MEAs)，四元或五元体系称为高熵合金(HEA)，这也就暗示了它们具有高构型熵。然而，在常温下，组成元素之间的焓相互作用会导致不同程度的局部化学有序性，其中短程有序(CSRO)是最难被表征的，迄今为止还没有得到化学短程有序的确凿证据。中国科学院力学研究所Xiaolei Wu、清华大学Jing Zhu和西安交通大学的En Ma等联合发现，组合使用先进的表征技术可以明确地显示出面心立方VCoNi固溶体中的存在短程有序结构。该研究为至关表征中/高熵合金材料中的化学有序性提供了新的思路，方便更加深入理解其机制，阐明短程有序性对塑性机制和力学性能的影响。
1、联合使用先进的表征技术可以明确地显示在面心立方VCoNi固溶体中的存在短程有序结构。该组合技术包括适当的区域轴，微/纳米光束衍射以及原子分辨率成像和通过透射电子显微镜进行的化学成像。2、配套的工具套件提供了有关短程有序结构程度，原子堆积结构以及化学物种对相邻晶格平面/位置的优先占有的具体信息。3、对最近原子壳层上的短程有序结构的序参量和相关性进行建模，结果表明短程有序性源于对异金属键(V−Co和V−Ni)的偏爱以及对V−V键的规避。4、该发现为鉴定中熵合金固溶体中的化学短程有序性提供了一种方法。同时还使用原子应变映射证明了化学短程有序性增强了位错相互作用，并阐明了这些化学短程有序性对变形时塑性机制和力学性能的影响。因为V−Co、V−Ni和V−Co−Ni的平衡相图显示了在一定温度和成分范围内存在二元和三元金属间化合物，故该研究以V-Co-Ni三元合金作为模型体系。VCoNi 中熵合金以前被认为在室温下是一个面心立方(fcc)随机固溶体，因此很可能是一个具有高度部分化学有序性的亚稳相。研究者使用诸多先进的表征技术对VCoNi中熵合金中的化学短程有序结构进行了表征。TEM结果显示了VCoNi 中熵合金中的双相成分。主要相为fcc，约占80%；其余相为具有长程化学有序性的L12结构，约占20%。从原子探针断层扫描数据来看，其成分为V36Co33Ni31，相对于整体VCoNi成分略有偏移，这是由于L12共存所致，其中Co和Ni含量稍多。紧接着，研究者集中研究fcc相中的化学短程有序性结构。为了深入理解中熵合金中化学短程有序性的起源，研究者进行了能量色散x射线能谱(EDS)成像和理论建模，结果表明短程有序性源于对异金属键(V−Co和V−Ni)的偏爱以及对V−V键的规避。除此之外，研究者还发现该中熵合金材料拉伸变形前后的化学短程有序性程度几乎相同。紧接着他们深入研究了局部化学有序性如何影响HEAs和MEAs的力学行为。实验结果表明，化学短程有序性增强了位错相互作用，从而对变形时塑性机制和力学性能产生影响。
图3化学成像表明元素在交替原子平面上存在特定的聚集1、发展了一种新技术：直接表征中熵合金材料中化学短程有序性结构。2、深化了对化学短程有序性的理解：既可以与已知第二相的化学有序性相同，也可以是一种新的亚稳态有序性。3、化学短程有序性的尺度范围：尽管化学短程有序性的定义仅限于亚纳米范围，但建立在三维空间中的某些维度上可以发展到远距离有序。Chen, X., Wang, Q., Cheng, Z. et al. Direct observation of chemical short-range order in a medium-entropy alloy. Nature 592, 712–716 (2021).DOI:10.1038/s41586-021-03428-zhttps://doi.org/10.1038/s41586-021-03428-z
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