International Journal of Refractory Metals and Hard Materials |通过调控短程有序结构优化双相高熵合金的强度和延展性

　　高熵合金作为一种新型材料，具有超越大部分传统高性能合金的力学性能。此外，高熵合金在极为严苛环境下（超低温、超高温、高辐射等）的表现也非常优异。因此，高熵合金在核反应堆、航空航天、喷气机涡轮叶片等对材料综合性能要求较为苛刻的领域具有非常大的应用潜力。最近研究证明短程有序结构是影响高熵合金力学性能的关键因素，通过调控短程有序结构可以优化高熵合金的力学性能。

　　近日，聊城大学材料科学与工程学院郭帅博士与西北工业大学凝固技术国家重点实验室王猛教授等在 International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 发表了题为“ Research on optimizing strength and ductility of HfNbTaZr dual-phase high-entropy alloy by tuning chemical short-range order ”的研究论文，首次研究了短程有序结构在双相高熵合金力学性能优化过程中的作用，发现短程有序结构可以同时优化HfNbTaZr双相高熵合金的强度和延展性。

　　作者利用分子动力学与蒙特卡罗混合模拟研究了双相高熵合金HfNbTaZr的短程有序结构特征及其对力学性能的影响。图1为HfNbTaZr分别在300K及1000K下的短程有序结构变化，温度越高，短程有序度越低；退火时间越长，短程有序度越高。体系在300K下获得的结构为BCC结构，而在1000K下，体系存在BCC与HCP两种结构。

　　图1 不同温度下体系短程有序结构随时间的变化情况

　　图2 高短程有序度双相高熵合金：(a)元素分布；(b)结构分布

　　对于单相体系，随着短程有序度的升高，强度逐渐降低，延展性逐渐增加；对于双相体系，尽管存在波动，但整体上体系的强度和延展性均随着短程有序度的升高而下降。位错是影响材料力学性能的重要因素，在塑性变形的早期阶段不存在位错形核，但存在FCC相的形成，位错错运动是拉伸过程中FCC结构形成的原因。如图3所示，无论是单相体系还是双相体系，在FCC结构形成的早期阶段，FCC结构的组成与富Hf-Zr区相似，这意味着位错在富Hf-Zr区更容易形成，这也是强度随着短程有序度升高而下降的原因。

　　低短程有序度的双相高熵合金具有最优的强度和延展性，这可能是因为少量的HCP结构起到了弥散强化的作用，导致了强度的提升；在延展性方面，相比于单相体系，由于双相高熵合金具有更高的可动位错密度以及更好的位错分布均匀性，因此其延展性更好。

　　聊城大学郭帅博士为论文第一作者，西北工业大学王猛教授为论文通讯作者，此外聊城大学，西北工业大学，西安理工大学与香港理工大学的多位科研人员也参与了该项研究工作。该研究工作了得到国防基础科研计划与山东省自然科学基金的支持。近年内，该团队围绕高熵合金短程有序结构的调控与应用，先后在《Journal of Alloys and Compounds》（2021, 868, 159215, 2区）, 《Vacuum》 （2021, 184, 109953, 2区）, 《Intermetallics》（2022, 150, 107693, 2区）等期刊发表多篇标志性成果。