南京理工大学：位错阵列反射增强双相异质结构高熵合金的应变硬化

导读：已知几何必要位错 （GND） 阵列在界面上的堆积会产生异质变形诱导 （HDI） 强化和应变硬化以增强强度和异质结构材料的延展性。本文报告了一个有趣的位错机制，它可以产生强烈的HDI硬化，那就是：GND平面堆积阵列附近的连续反射异质结构AlCoCrFeNi2高熵合金（HEA）中的相反相界。相反，在FCC阶段的晶界处发现了位错传输。这里的发现为未来的材料设计提供指导，这可能会提高强度和组合金属材料的延展性。

自青铜时代以来，金属材料一直服务人类生活的几乎所有方面。金属材料的属性可以通过合金化和微结构工程，成为当今使用最广泛的材料。随着全球变暖和能源危机的加剧，它因为坚固而坚韧的特点，已成为迫切需要的材料，来建造节能运输的车辆。因此，由于出色的机械性能，新型金属材料如纳米结构材料，高熵合金（HEA）和异质结构材料最近已被开发。因为新材料科学与其优越性相关特性及其易于大规模生产目前的工业设施成本较低，异质结构材料这种新兴材料，在材料领域快速发展，包括结构材料和功能材料。异质结构材料由异质材料组成强度差异较大的区域（>100%）。在变形过程中，机械异质结构区域之间的相互作用，产生软区的背应力和硬区的前向应力共同产生异质变形的区域诱导 （HDI） 应激，从而导致 HDI 增强和应变硬化。

南京理工大学刘毅等人报告一个有趣的产生高密度GND堆积物的机制，使用双相AlCoCrFeNi2 HEA作为模型材料。GND 阵列之间具有独特的交互类型并可以找到区域边界。GND平面堆积阵列附近的连续反射异质结构AlCoCrFeNi2高熵合金（HEA）中的相反相界。相反，在FCC阶段的晶界处发现了位错传输。这里的发现为未来的材料设计提供指导，这可能会提高强度和组合金属材料的延展性。

相关研究以“Dislocation array reflection enhances strain hardening of a dual-phase heterostructured highentropy alloy”为题发表在Materials Research Letters上。

链接：https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21663831.2023.2208166

图 1.原位拉伸变形前AlCoCrFeNi2高铁合金的微观结构。（a） 显示FCC和BCC的相位图

薄片。（b1） 和 （b3） 分别是 BCC 和 FCC 相位的反极图。（b2）和（b4）是BCC和FCC相的尺寸分布，分别。w 和 ̄ L 分别表示 bcc 相位的平均宽度和长度。̄ d 表示 FCC 相的平均晶粒尺寸。（c1） ̄明场TEM图像显示了典型的相间界面。（C2）和（C3）是FCC和BCC相的选定区域衍射图。（d1） 和 （d2） 是倾斜 α 和β角度后在同一位置拍摄的原子分辨率 TEM 图像。

图 2.AlCoCrFeNi2 HEA的fcc晶粒内部的位错活动。（a1）–（a3） 来自补充视频的连续原位 TEM 图像，表示限制在滑动平面中的位错运动。（b1）–（b3） 补充视频 2 的屏幕截图显示错位，以从主 （111） 平面到相交 （1 ̄ 11） 平面的 V 形交叉滑动为标志。（c1）–（c3）两个平面阵列相互交互时的大范围交叉滑移的顺序快照。

图 3.AlCoCrFeNi2 HEA中位错与两种类型边界之间的相互作用。（一）低倍明场

图像，显示位错相边界相互作用。（a2）–（a6） 来自补充视频 4 的连续快照，显示错位

相边界的“反射”。（b1）–（b3） 来自补充视频 5 的连续快照，显示了错位与 GB 的交互作用。

图 4.双相AlCoCrFeNi2 HEA的力学性能。（a） 通过单调和加载卸载拉伸试验获得的真实应力-应变曲线。（b） 从a.c.σ HDI的一部分获取的扩大的卸载-重新加载滞后回路，σ流量和σ HDI/σ流量拉伸应变。

图 5.区域边界处的GND反射机制。（a1）–（a4） 编号为 I、II、 的位错阵列示意图III、VI、V 和 VI 在区域边界处反射。（b1）和（b2）显示GND IV的详细交叉滑动过程的特写图。（c） 和（d） 明场透射电镜图像，显示离区域边界一定距离处GND堆积和反射的画面。

综上所述，文章发现了一种涉及软区多个GND阵列反射的有趣机制，可以有效生产HDI，而且以保持良好的延展性。如果GND反射平行于GND Burgers矢量，则可以位于区域边界处，但其他情况下，这可能发生在距离区域边界一定距离的地方。反射部位和区域之间可能存在高密度的缓冲位错边界。这些研究结果使我们更清楚了解这种机制，采用这种机制，有利于设计合金和异质结构，以便实现高强度和高延展性。