论文解读第九期:添加Ni在AlCoCrFeTi0.5高熵合金中实现双相结构和改善机械性能

情深失效分析 2023-09-01 11:44:47 1020阅读 举报



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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921509321014581



论文简要


高熵合金(HEAs)由于其优异的力学性能,作为结构材料受到越来越多的关注。然而,大多数单相HEAs仍然遇到强度和塑性之间的矛盾,这大大限制了其工程应用。


在AlCoCrFeTi0.5 HEA的基础合金中加入Ni元素,以获得体心立方(BCC)/面心立方(FCC)双相结构,从而避免了强度-塑性的权衡。


随着镍的加入量从0增加到3摩尔比,最初的有序BCC(B2相)结构首先转变为BCC(A2+B2)结构,然后转变为FCC(L12)/BCC(A2+B2)双相结构。同时,含镍的HEA显示出改善后极大的机械性能。


AlCoCrFeTi0.5Ni2.5 HEA的变形后结构分析表明,FCC(L12)相中的位错滑移和堆积层错的激活、BCC相(B2)中的沉淀强化、加上FCC和BCC相之间的协同变形、有助于获得理想的应变硬化能力。


至此使用双相结构可以成为一种有效的微观结构设计策略,以开发具有良好的强度-传导性协同作用的HEA。



这次旨在讨论文章中透射电镜图片

当看透射电镜图时会遇到两个问题:



一、在什么情况下要使用到透射电子显微镜?

要表征哪些内容?



二、透射电子显微镜的结果如何分析?



看图说话

一、本文是在什么情况下要使用到透射电子显微镜?表征了哪些内容?



01

为了进一步揭示由添加镍元素引起的微观结构变化


02

SEM和EBSD所显示的微观组织基本在微米尺度,需进一步在纳米尺度进行观察
03

想要直接观察位错、层错等能影响材料机械性能的一些晶体缺陷



二、透射电子显微镜的结果如何分析?



图6

 (a) Ni2.5 HEA的典型TEM图像,包括树枝状和树枝间区域。

放大的TEM图像和相应的SEAD进一步证实

(b,d)树枝间区域是L12相,

(c,e)树枝状区域包含A2和B2相,

(f) HRTEM图像显示A2纳米颗粒和B2基体之间的界面,

以及(g)B2和(h)A2相的相应FFT图像。







图6透射电镜数据分析要点





L12相(FCC)、B2/A2相(BCC)形态尺寸分布


① 分析思路:收集不同区域的选区电子衍射、FFT图,分别进行物相标定



 ② 物相标定建议:低指数带轴优先,高分辨图片可通过DM软件 prcess → Live-FFT 来快速辨别B2/A2相,其中B2相FFT存在超点阵,上图红色箭头处(原本消光的斑点会出现),而A2相FFT不存在超点阵。





图7.STEM-HAADF图像

以及(a)枝晶间区域和(b)枝晶区域在Ni 2.5 HEA中的相应元素分布


图8. Ni2.5 HEA在25%压缩应变后的TEM图像。

(a)   TEM图像显示FCC和BCC相以及界面。

FCC区域的TEM图像显示(b)平行滑移迹,

和(c)晶体缺陷结构与相交的SFs。

(d) HRTEM显微照片显示含有三个相交的SFs的晶体缺陷结构,

即SFs1、SFs2和SF3。插图显示了矩形区域的IFFT图像。







图8透射电镜数据分析要点





经压缩变形后位错、层错的变化


①分析思路:透射电镜下位错及位错胞(灰色箭头)确定、位错墙(黄色箭头)判别,滑移面确定(FCC滑移面一般为{111}),层错分析(绿色箭头,可通过高分辨图片以及反傅里叶变化来分析)等





图9. 压缩变形后Ni2.5 HEA的BCC区域的TEM图像。

(a) TEM图像显示在BCC区域有中等密度的位错。

(b) IFFT图像和 (c) 相应的衍射点

(d) GPA应变图显示变形后BCC区域的晶格畸变。







图9透射电镜数据分析要点





经压缩变形后A2/B2相的变化


① 分析思路:纳米沉淀相A2与B2是完全共格,在此之前已有讲到可通过FFT来判别,判别之后对A2相高分辨进行反傅里叶变化(IFFT),进一步观察A2相的形态。与此可对其A2相区域进行几何相位分析(GPA),从应力应变角度来说明A2相的变形程度。


② 反傅里叶变化(IFFT)建议:在DM软件中,要观察析出相的形态至少需要选择两组对称的衍射斑来进行反傅里叶变化


③ 几何相位分析(GPA)建议:无论哪个GPA分析软件,优先采用垂直关系的衍射斑进行分析






本文透射电镜数据分析总结表





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作者:情深
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来源:失效分析
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