纳米粒子强化为开发用于结构应用的具有潜在优异机械性能的高性能结构材料提供了重要基础。然而，由于纳米粒子的热稳定性差，一般的观点往往不能很好地发挥作用，这些粒子的快速粗化将导致这些材料加速失效，尤其是在高温下。在这里香港城市大学杨涛教授领衔的研究团队展示了一种在 Ni59.9-xCoxFe13Cr15Al6Ti6B0.1 (at.%) 化学复杂合金中在 800~1000°C 下实现超稳定纳米粒子的策略，这是由可控的缓慢晶格扩散 (SLD) 效应产生的。扩散动力学模拟表明，Co 元素导致所有主要元素的相互扩散系数显着降低，特别是对于 Al 元素，最大可达 5 个数量级。利用第一性原理计算，进一步揭示了由增加的 Co 浓度引起的 Al 的不可压缩性在控制 SLD 效应中起关键作用。这些发现有助于为结构应用提供具有非凡性能-微观结构稳定性组合的新型结构合金的设计进展。相关成果以“Achieving thermally stable nanoparticles in chemically complex alloys via controllable sluggish lattice diffusion”为题发表在《Nature Communications》上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32620-6含有良好稳定的纳米结构的材料在寻求独特的性能组合（包括结构和功能）方面具有显着优势，为实现更高的能源效率和碳中和提供了巨大的希望。特别令人感兴趣的是，“纳米粒子强化”作为一种强有力的策略，已广泛应用于先进铝合金、钢和高温合金等高强度材料的创新。它们在航空航天、汽车和核工程等各种技术和工业领域发挥着至关重要的作用。不幸的是，这些纳米级的第二相细颗粒不可避免地容易快速粗化，这会显着降低主体材料的承载能力，从而导致灾难性故障。尽管已经做出了许多努力，但这种不希望的粗化行为仍然是许多结构合金的致命弱点，特别是对于那些在高温下使用的合金。值得注意的是，最近发现的化学复合合金 (CCA) 已被证明是开发具有独特物理和机械性能的新型结构材料的新范例。特别是，所谓的缓慢晶格扩散 (SLD) 效应可能赋予几种 CCA 显着的热稳定性。然而，到目前为止，由于缺乏定量认识，SLD效应的潜在机制尚未得到很好的阐明，其原子起源至今仍是个谜。令人沮丧的是，这使得在 CCA 中实现超稳定纳米结构 (USNS) 变得无法控制。
在本研究中，通过各种互补的实验技术和理论模拟的结合，找到了在化学复杂的 NiCoFeCrAlTiB 高熵金属体系中有效稳定第二相纳米粒子的关键。更具体地说，我们揭示了调整 Co 元素的浓度可以以定量的方式可控地控制 SLD 效应，这使我们能够基本上防止纳米粒子在高达 1000°C 的高温下快速粗化。这些结果可以为开发高效设计高性能合金铺平道路，该合金具有良好的机械性能和热性能，适用于高温结构应用。
图4 Co浓度对NiCoFeCrAlTiB体系中Al, Co, Cr, Fe, Ti元素的扩散系数的影响图5第一性原理计算揭示最近邻Co原子对Al扩散的影响机制
本站仅提供存储服务，所有内容均由用户发布，如发现有害或侵权内容，请
点击举报。
