久久精品免费观看_欧美日韩精品电影_91看片一区_日日夜夜天天综合

 【引言】

結(jié)構(gòu)材料通常可以通過(guò)引入高密度的內(nèi)部界面（晶界和巒晶界等）實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)，但是界面的引入也會(huì)帶來(lái)一些非預(yù)期的性質(zhì)。例如，與具有微米級(jí)晶粒（200 MPa）的樣品相比，均勻的納米晶體銅表現(xiàn)出高于650 MPa的高強(qiáng)度，但代價(jià)是拉伸延展性降低。因此，在高應(yīng)力水平下增加材料的應(yīng)變硬化能力是一個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。開發(fā)具有界面密度梯度的材料是一種成功的設(shè)計(jì)策略，受自然的啟發(fā)，人工梯度納米結(jié)構(gòu)已經(jīng)在摩擦學(xué)、生物力學(xué)、斷裂力學(xué)和納米技術(shù)等學(xué)科中引起廣泛的研究興趣，而且通過(guò)這些結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了顯著的性能提升。目前，具有界面密度梯度的材料可以通過(guò)表面機(jī)械磨損、表面機(jī)械研磨和熱機(jī)械方法等加工策略進(jìn)行制備。在上述這些方法中，硬車削是一種成熟的方法，可以應(yīng)用于軸承鋼以獲得高于45洛氏硬度的表面硬度。通過(guò)該方法，可以容易地調(diào)整諸如轉(zhuǎn)速和溫度等加工參數(shù)以獲得期望的界面和子結(jié)構(gòu)梯度。

【成果簡(jiǎn)介】

近日，美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室郭煒博士后與貝紅斌研究員合作，利用硬車削方法使NiCrCo中等熵合金（MEA）獲得微觀結(jié)構(gòu)界面梯度，其中NiCrCo在更廣泛的過(guò)渡金屬元素組成的系列中表現(xiàn)出最佳的低溫強(qiáng)度和斷裂韌性的組合。研究表明，在材料進(jìn)行低溫硬車削之后，可以觀察到納米層狀梯度結(jié)構(gòu)，其是由在納米級(jí)晶粒內(nèi)部的密集的納米層和hcp薄片組成。而且，77K硬車削后的結(jié)構(gòu)梯度合金在2%初始應(yīng)變下表現(xiàn)出高屈服應(yīng)力（1.4GPa）和高應(yīng)變硬化率（13.3）。該成果以題為" Shape-preserving machining produces gradient nanolaminate medium entropy alloys with high strain hardening capability "發(fā)表在國(guó)際著名期刊Acta Materialia上。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 77K硬車削加工結(jié)構(gòu)梯度MEA的加工程序和微觀結(jié)構(gòu)

(a) 合金加工程序示意圖；

(b) 橫截面明場(chǎng)TEM圖像揭示了變形表面區(qū)域的梯度結(jié)構(gòu)；

(c) 低溫硬車削后的梯度納米結(jié)構(gòu)的示意圖；

(d) 顯示納米晶粒結(jié)構(gòu)的明場(chǎng)TEM圖像；

(e) 材料最頂部50 μm表面層的晶粒尺寸分布；

(f) 顯示后續(xù)層中較粗糙晶粒結(jié)構(gòu)的明場(chǎng)TEM圖像；

(g, h) 沿[110] fcc區(qū)軸單個(gè)納米晶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)層次的高分辨率濾波STEM圖像；

(i) 在單個(gè)納米顆粒內(nèi)沿著[110] fcc區(qū)軸的納米疊層的原子堆積示意圖。

圖2 室溫硬車削MEA的梯度微觀結(jié)構(gòu)

(a) 顯示變形表面梯度結(jié)構(gòu)的橫截面明場(chǎng)TEM圖像；

(b) 納米晶粒層的明場(chǎng)TEM圖像；

(c) 材料最頂部50 μm表面層中的晶粒尺寸分布；

(d) 顯示單個(gè)顆粒內(nèi)高密度納米孿晶的STEM圖像；

(e, f) 納米孿晶的明場(chǎng)TEM圖像；

(g) 顯示納米晶層中納米層疊堆結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖3 低溫硬車削后MEA樣品納米晶表面的APT分析

(a) Ni、Cr和Co原子的APT元素圖；

(b) 構(gòu)成元素的頻率分布分析；

(c) 顯示納米孿晶結(jié)構(gòu)的3 nm切片的APT體積；

(d) (c)中目標(biāo)區(qū)域的一維濃度分析。

圖4 NiCrCo MEA納米疊層在納米壓痕試驗(yàn)中的典型載荷-位移曲線

圖5 不同加工條件下MEA的微柱壓縮和往復(fù)滑動(dòng)磨損試驗(yàn)

(a-c) 微壓縮試驗(yàn)后微柱的表面形態(tài)（黃色箭頭標(biāo)記滑動(dòng)痕跡）；

(d) 微柱壓縮的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線；

(e) 應(yīng)變硬化率與塑性應(yīng)變的關(guān)系圖；

(f) 在300 K和70 K下進(jìn)行平坦的往復(fù)滑動(dòng)磨損試驗(yàn)后MEA表面的磨損深度。

圖6 硬車削MEA的納米孿晶的厚度和間隔比較

(a) 不同溫度下硬車削MEA的納米孿晶的厚度比較；

(b) 不同溫度下硬車削MEA的納米孿晶的間隔比較。

圖7 殘余真實(shí)應(yīng)力與塑性應(yīng)變和應(yīng)變硬化率的關(guān)系

(a) 殘余真實(shí)應(yīng)力與塑性應(yīng)變的關(guān)系曲線；

(b) 應(yīng)變硬化率與殘余真實(shí)應(yīng)力的函數(shù)關(guān)系。

圖8 NiCrCo梯度納米疊層的高分辨率透射電子顯微照片

圖9 通過(guò)DFT和ANNNI模擬計(jì)算的納米結(jié)構(gòu)的相對(duì)熱力學(xué)穩(wěn)定性

【小結(jié)】

本文中，作者在室溫和低溫下通過(guò)硬車削方法加工NiCoCr MEA，并結(jié)合APT、TEM探測(cè)和納米力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，揭示了在合金表面形成的原子級(jí)分層結(jié)構(gòu)的納米疊層梯度。研究發(fā)現(xiàn)，分層結(jié)構(gòu)可以通過(guò)剪切應(yīng)變速率和熱條件來(lái)控制，這些參數(shù)可以通過(guò)調(diào)整加工參數(shù)（例如轉(zhuǎn)速和溫度）直接控制。這種納米級(jí)表面層次結(jié)合了剛性hcp區(qū)域、柔性fcc基質(zhì)和高密度內(nèi)部界面的優(yōu)點(diǎn)，從而導(dǎo)致高屈服應(yīng)力和變形期間的高應(yīng)變硬化。鑒于這些優(yōu)異的性能，這種簡(jiǎn)單有效的加工技術(shù)具有廣泛的潛力，有望用于合金的高通量納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及大規(guī)模制造。

文獻(xiàn)鏈接：Shape-preserving machining produces gradient nanolaminate medium entropy alloys with high strain hardening capability (Acta Mater. 2019, DOI: 10.1016/j.actamat.2019.03.024)