吕昭平教授团队在高熵合金多形性转变方面最新研究进展

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多形性转变在材料科学中是一种重要的物理现象，在晶态结构中表现为相同成分条件下点阵结构的变化。近年来，高熵合金，作为一种新的合金设计理念，即多主组元以等/近原子比的参与，提高了其混合熵，促进形成单相的固溶体，进而获得了独特的力学和物理性能，吸引了很多学者的研究兴趣。其中，以CoCrFeMnNi为代表的高熵合金，其单一的FCC（面心立方）结构以及独特的低温断裂韧性，延展性和抗氢脆性等成为了学者们研究的焦点。然而，一贯认知结构为FCC的CoCrFeMnNi室温下是否真的是稳定相，一直是一个十分重要然而又很棘手的问题。尤其是考虑到其组成元素Fe, Co, Mn元素自身存在多形性转变，这种具有“稳定”FCC结构的CoCrFeMnNi合金是否也存在多形性转变？
最近，北京科技大学新金属材料国家重点实验室的吕昭平教授团队与北京高压科学研究中心的曾桥石研究员合作，利用原位高压同步辐射技术对CoCrFeMnNi这一典型的高熵合金进行了系统研究，发现了该合金在加压过程中存在FCC-HCP（密排六方）的多形性转变现象。压力卸载之后，HCP相基本保存下来。这一发现打破了CoCrFeMnNi在室温下是稳定FCC结构的认知。在此基础上，该团队又利用原位高温高压同步辐射技术，对FCC和HCP结构在不同温度、压力条件下的稳定性做了进一步研究。结果表明，FCC为高温稳定相，HCP为低温稳定相。本研究成果不但澄清了CoCrFeMnNi高熵合金中FCC结构稳定性的问题，还提供了一条新的调控高熵合金组织性能的途径。与此同时，该团队不仅在CoCrFeMnNi这一经典的FCC体系中发现压力下的多形性转变，还在其他合金体系中发现类似的现象，这表明压力作为一个全新的维度可以为高熵合金的稳定性和相结构调控打开另一扇门。相关成果“Polymorphism in a high-entropy alloy”发表在近期的Nature Communications 上(Nat. Comm. 2017, 8: 15687；DOI:10.1038/ncomms15687)。