一种根据最大晶格畸变原理设计的新型HfNbTaTiV高熵合金

3D打印科研前沿
2021
04/09
09:13
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供稿人:孙啸宇 张航
供稿单位:西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 

北京工业大学的研究者基于元素固有延展性,固溶体强化的最大原子尺寸差以及价电子浓度标准,设计得到了HfNbTaTiV高熵合金。它在常温下具有高达1350Mpa的压缩屈服强度和高达45%的塑性应变率。并且在700℃的高温环境下,它仍然能保持720Mpa的屈服强度和35%的塑性应变率。这种同时具有高屈服强度和高塑性应变率的合金,在性能上已经优于大部分BCC结构的高熵合金。另外HfNbTaTiV和与之类似的HfNbTaTiZr相比拥有相似的塑性应变率,但是强度上比HfNbTaTiZr高了50%。

HfNbTaTiV的力学性能对比图如下图1所示。
Jietu20210409-091209.jpg
图1 (a)室温下HfNbTaTiV和HfNbTaTiZr的工程应力—应变曲线;(b)HfNbTaTiV在500℃、600℃和700℃的工程应力—应变曲线;(c)本研究中的HfNbTaTiV和HfNbTaTiZr和其他难熔高熵合金性能的比较;(d)本研究中制备的HfNbTaTiV和HfNbTaTiZr与其他高温材料屈服强度对温度依赖性的比较。


从图中可以看出HfNbTaTiV合金具有非常良好的压缩屈服强度和延展性,它的性能与其它大部分的BCC结构难熔高熵合金相比都占有非常明显的优势。并且其在高温下也能保持较好的性能。图1(d)中把HfNbTaTiV和一些在核反应堆中应用的合金以及与HfNbTaTiV类似的高熵合金进行对比,可以看出屈服强度随着温度的升高降低是最缓慢的,这些性能使得HfNbTaTiV非常有望在核反应堆和超临界发电领域得到很好的应用。

Jietu20210409-091214.jpg
图2 HfNbTaTiV压缩试验后的显微组织(a)XRD图;(b)亮场TEM图
从图2(a)XRD图可知,HfNbTaTiV压缩变形后仍然保持单一BCC相,从右侧(b)图也可以看出结构中无变形孪晶,位错滑移是变形的主要原因。所以研究者们认为HfNbTaTiV合金的优异机械性能主要是因为严重的晶格畸变导致的高固溶强化效果。

参考文献:
[1]Zibing An, Shengcheng Mao, Yinong Liu, et al. A novel HfNbTaTiV high-entropy alloy of superior mechanical properties designed on the principle of maximum lattice distortion[J]. Journal of Materials Science & Technology, 2020.


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