材料基因组工程研究院青年教师王鹏在国际著名期刊Materials Today上发表论文

jianchi

亚稳态高熵合金，由于其拥有着优异的强度和塑性，引起了学术界的广泛关注。近些年，针对FeMnCrCo体系，TaHfZrTi体系，均有亚稳态相变机制的发现。但是，由于缺乏合适的合金模拟方法，很少看到对应的合金原子模拟结果。在本项工作中，基于王鹏博士所提出和发展的“介原子方法”，开展了针对于TaHfZrTi系亚稳态高熵合金的高分辨投射电镜实验和原子尺度的大规模分子动力学模拟，论文相关工作以“Atomic deformation mechanism and interface toughening in metastable high entropy alloy”为题，被国际著名杂志Materials Today杂志接受和发表。

图1. (a) 裂纹尖端的马氏体相变过程，新生成的马氏体片层平行于 hcp面，沿[0002]hcp方向生长。(b-c) 马氏体和基体相界面的高分辨TEM图像；(d) 标记的相界面，bcc原子标记为蓝色，hcp原子被标记为红色，过渡区原子被标记为黑色；(e) 在相界面附近区域原子投影夹角的变化曲线。

图2. 分子动力学模拟马氏体的相变过程。(a) MD模拟中试样单轴拉伸的应力应变曲线；(b-e) MD模拟过程得到的马氏体相变过程截图。染色方案：bcc原子白色；hcp原子橘色；边界和相界面原子绿色。

图3. (a) 在应变为0.075时，分子动力学模拟得到的马氏体相变构型；(b) 在构型中沿A、B和C方向扫描得到的原子间夹角衍化测量结果。

图4. (a) 势函数预测的由bcc相向hcp相马氏体相变的能量云图。图中黑色点线代表着NEB优化得到的最小能量路径和鞍点。(b) 利用NEB方法优化得到的相变最小能量路径与对应的原子构型。

        本项工作中发现，对于Ta0.5HfZrTi系高熵合金，在单轴拉伸条件下，裂纹尖端会发生满足Pitsch-Schrader位向关系的BCCHCP相变过程，并且，在球差高分辨透射电子显微镜下观察到了由BCC相到HCP相的逐步相变过程，且相界面处出现了达3-5 nm的超宽相界面，这与传统合金中宽度为1 nm以下的相界面出现了明显不同。为了解释该机制，本项工作中发展了针对于Ta0.5HfZrTi高熵合金的合金势函数，该势函数不仅可以重现满足Pitsch-Schrader位向关系的BCCHCP相变过程，还可以再现实验中观察到的超宽相界面机制。在合金分子动力学模拟的辅助下，本项工作发现亚稳态高熵合金的超宽相界面机制为：（1）亚稳态高熵合金中母相和马氏体相间具有相对较低的界面能，降低了相界面宽度收缩的能力；（2）Ta0.5HfZrTi体系的相变的为Pitsch-Schrader位向关系，其母相与马氏体相的体积变化较小，而其相变过程中的滑动机制能垒远低于马氏体相变过程的体积变形能垒，这进一步促进了相界面的变宽。
       本论文的第一完成单位和通讯单位为上海大学材料基因组工程研究院，整个研究工作是依托上海大学材料基因组工程研究院集成计算与材料设计中心，并与浙江大学交叉力学研究中心深入合作完成的，文章链接为：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S1369702120300535
       本项工作所发现的亚稳态高熵合金超宽相界面机制及提出的亚稳态高熵合金模拟新方法，为未来进一步开展合金强韧化机制研究与制备高强高韧合金提供了方法与理论支持。该工作所提出的由材料参数出发的合金模拟方法，也为材料基因组思想在合金领域的广泛应用提供了一个重要的支撑。


        文章来源：上海大学