納米晶(單晶、多晶)高熵合金的獨(dú)特點(diǎn)陣畸變結(jié)構(gòu)和高熵特性,使其具有高硬度、高強(qiáng)度、抗高溫、耐磨損、耐腐蝕以及耐低溫等優(yōu)異性能,在核反應(yīng)堆燃料棒、太空探測(cè)器、深海核潛艇等領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用前景
金屬材料的宏觀力學(xué)性能與其微結(jié)構(gòu)的演化有極大的關(guān)聯(lián)
在原子尺度上捋清納米晶CoNiCrFeMn高熵合金塑性變形的力學(xué)性能,對(duì)高熵合金微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控及其變形機(jī)理認(rèn)知有重要的意義[1]
目前,實(shí)驗(yàn)和分子動(dòng)力學(xué)模擬方法已成為研究納米晶高熵合金材料的塑性變形機(jī)制和性能的主要手段[2~5]
但是,僅基于實(shí)驗(yàn)法研究納米晶高熵合金的物性,對(duì)儀器的測(cè)試精度和內(nèi)外環(huán)境等的要求極為嚴(yán)苛,且所需經(jīng)費(fèi)極其高昂
用大規(guī)模分子模擬(簡(jiǎn)稱(chēng)MD)可獲與材料的宏觀力學(xué)性能密切相關(guān)的微觀結(jié)構(gòu)演化,是探究原子尺度納米晶高熵合金塑性變形力學(xué)行為與變形機(jī)制的有力工具[4,5]
目前對(duì)高熵合金力學(xué)性能與位錯(cuò)演化特征[6,7]、相變行為[8]、蠕變行為[9]、強(qiáng)韌化機(jī)理[10,11]等的研究,已成為熱點(diǎn)
Du等[12]的研究結(jié)果表明,在循環(huán)變形過(guò)程中CoCrFeMnNi高熵合金中部分位錯(cuò)相互作用使材料的晶格紊亂,晶格的無(wú)序阻礙位錯(cuò)的反向運(yùn)動(dòng)而削弱了高熵合金中的包辛格效應(yīng)
Amar等[13]用激光熔積法制備高強(qiáng)度CrMnFeCoNi高熵合金,發(fā)現(xiàn)控制TiC的加入量可調(diào)節(jié)合金的拉伸性能,拉伸力學(xué)性能的提高源于引入的微米級(jí)TiC增強(qiáng)相促進(jìn)了滑移帶的傳播
Ding等[14]研究了不同服役溫度下高熵合金的時(shí)效層組織和耐磨性,發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高高熵合金涂層的顯微硬度先升高后降低,質(zhì)量損失則與之相反;在750℃時(shí)效后合金鍍層的顯微硬度和質(zhì)量損失分別降低了4.3%和11.9%
Huang等[15]指出,C元素的加入提高了CoCrFeNiCx高熵合金的硬度、強(qiáng)度和耐磨性
Xiang等[16]指出,制備工藝參數(shù)不同的CrMnFeCoNi高熵合金均為fcc(面心立方)單相固溶體結(jié)構(gòu);控制激光沉積功率可控制CrMnFeCoNi高熵合金結(jié)構(gòu)中柱狀晶和等軸晶的比例,進(jìn)而控制合金的組織和力學(xué)性能
Laplanche等[17]指出,CrMnFeCoNi高熵合金的低溫抗拉伸力學(xué)性能比室溫性能更高;在77 K拉伸應(yīng)變大于7.4%時(shí)孿生主導(dǎo)了材料的塑性變形;293 K時(shí)的孿晶僅在接近斷裂應(yīng)變時(shí)才能激活,因?yàn)榇藭r(shí)高熵合金的屈服強(qiáng)度較低,只有較高的應(yīng)變才能通過(guò)加
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