高熵合金纳米颗粒力学性能及其氧化行为的原位透射电镜研究

发布时间：2025-05-27 02:30

　　高熵合金作为一类极端的高浓溶质复杂固溶体,往往表现出独特的力学性能。在原子尺度下对高熵合金展开更多的研究从而建立起结构-性能的联系,将为合金设计提供理论和实验基础。基于近期对高熵合金微观成分的浓度起伏方面取得的进展,本文采用透射电镜-原位纳米压缩系统对NiCoFeCuAgPdPtAu高熵合金纳米颗粒力学性能的尺寸依赖关系进行了研究,以探索高熵合金中浓度波调控力学性能的有效尺度,并采用分子动力学模拟和密度泛函理论计算对高熵合金纳米颗粒中层错能及短程化学有序趋势进行了研究。考虑到小尺寸样品中氧化对力学性能的影响,在进行力学测试前,本文首先采用环境气氛球差校正电镜对高熵合金纳米颗粒的氧化行为进行了研究。结果表明,由于纳米颗粒极强的表面效应,高熵合金纳米颗粒中不同元素亲氧性差异被弱化,其在与氧气接触时会在表面生成含有多元素,多价态的成分复杂的非晶氧化层。非晶氧化层在后续氧化过程中发生复杂反应并部分结晶从而形成氧化层非晶态-晶态混合的复杂结构,进一步减缓氧化层中离子扩散速率。这与高熵合金本征的慢扩散效应一起很大程度上提高了高熵合金的抗氧化性,保证了力学测试数据的可信度。对高熵合金纳米颗粒的力学测试...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.3向二元合金中不断加入新元素后形成的系列具有简单相结构的多主元合金XRD衍射花样[20]

其中,k为玻尔兹曼常数,w是混合方法数,R是气体常数8.314J/K·mol。5种元素等比混合时,其构型熵为1.61R,这意味着该五主元合金从完全有序的状态(熵可忽略不计)到无序固溶体的过程增加的熵比融化过程高60%,因此无序固溶体状态很可能成为高温下的稳定状态。由于这一互溶作....

图1.4组成原子尺寸对原子占位的影响(a)普通固溶体:溶质原子占位被周围溶剂原子位置限制;(b)高熵合金:多种主元,主元原子尺寸间巨大差异导致原子位置偏离平均位点[17]

晶格畸变效应源自于组分原子的尺寸差异以及主溶剂元素的缺失。与传统合金中晶格结构由主溶剂原子决定不同,高熵合金中每个晶格位点的位移取决于占据该位点的原子以及其周围原子的类型,大原子会将周围原子推开,小原子会受到周围原子的挤压。这些畸变导致原子位置的不确定性,从而会导致较高的构型熵,....

图1.5高熵合金慢扩散效应(a)Ni原子在不同合金中扩散的能量变化示意图[20];(b)Ni在不同合金中扩散系数和温度的关系[17]

这一效应使得高熵合金具有良好的高温性能,包括抗蠕变,耐腐蚀,耐氧化等性能[28,29]。1.2.4“鸡尾酒效应”

图1.6传统合金体系中强度与韧性的trade-off关系

高熵合金的宏观力学性能主要包括强度和韧性。在传统合金体系中,强度的提升往往以韧性下降为代价,强度与韧性关系基本符合如图1.6所示的香蕉状trade-off关系。但高熵合金的出现有望打破该趋势,在图的右上角得到高强高韧的新型合金体系。E.P.George[43]在对CrMnFeCo....

本文编号：4047365