重磅！牛津大教正在高熵合金范畴颁发顶刊综述《PMS》IF=31.56
2022-11-16 15:00:39
作者：可爱界扛把子
导读：重磅！牛津大学在高熵合金领域发表顶刊综述《PMS》IF=31.56,近日，国际材料领域顶级综述期刊《Progress in Materials Science》发表了牛津大学材料系ZhouranZhang撰写的长篇综述论文“The eff...
克日，国际质料范畴顶级综述期刊《Progress in Materials Science》颁发了牛津大学质料系ZhouranZhang撰写的长篇综述论文“The effects of irradiation on CrMnFeCoNi high-entropy alloy and its derivatives”。本文对Cantor合金及其子体系、衍生物和相干通例合金(如奥氏体钢)的辐照举动举行综述，对将来的进展趋向作了总结和批评。
链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642521000311
传统的合金设计理念是基于一种或两种元素与其他少数元素的较低浓度混淆，以给出一个团体构成，优化各个方面的性能。2004年Cantor等人和Yeh等人同时提出的等原子合金被称为高熵合金(HEAs)、浓固溶体合金(CSAs)或多主元素合金(MPEAs)并引起了相称大的存眷。
在浩繁的HEAs研究中，起首提出的和最紧张的体系之一是等原子，面心立方(fcc)合金CrMnFeCoNi。这种合金劈头于Cantor等人的事情，通常被以为是一种单相固溶体，被称为“Cantor合金”。人们投入了大量的精神来相识合金的力学举动、耐蚀性、其他固有性能以及近来的辐照相应，使其成为研究最彻底的HEA体系之一。Cantor合金体现出一些有味和吸惹人的力学性能，格外是在低温下具有高屈服强度(795 MPa)、高极限抗拉强度(1280 MPa)、延展性(70%)和断裂韧性(219 MPa∙m1/2)这一不常见的组合。这些特性大概是因为相对较低的层错能(利用量子力学第一道理要领盘算时约为21 mJ∙m- 2，通过x射线衍射丈量时约为18.3-27.3mJ∙m-2)、温度敏感的摩擦应力和低温下纳米孪晶遍及变形的开始造成的。
高熵合金的辐照相应，包罗Cantor合金及其子体系的辐照相应，已受到越来越多的存眷。通过试验和盘算研究，Cantor合金具有相对较好的抗辐射性能，如空洞肿胀不显着、缺陷团簇尺寸较小、缺陷生长、迁徙和演化受阻等。为了餍足快速增进的环球能源需求，先辈的裂变和终极的聚变发电厂的宁静、可靠和经济运行通常被以为是将来低碳能源的一个紧张身分。
本文综述了Cantor合金及其衍生物的抗辐照性能优于传统的雷同元素的稀合金。研究要领通常涉及到辐照雷同物(电子、重离子和He)到快中子轰击。庞大的微观构造阐发和盘算会合在单位素，二元合金和相相互关的介质和高熵合金的比力举动。然而，包罗缺陷能在内的盘算效果大多范围于二元合金，这使得很难将效果推测到HEAs中。只管云云，大部门缺陷迁徙和形成能的趋向盘算与试验研究是同等的
在差别影响和室温条件下，注入3 MeV的Au离子和1.5 MeV的Ni离子时，随着身分庞大性的增添，诱导伤害低落(图1a和1b)。在全部辐还是品中，伤害最严峻的地区有纳米级(2-5 nm)的空地型SFT, Ni、CoNi和FeNi中有均匀尺寸分别为7.0、4.3和4.4 nm的间隙型位错环。如图1f所示，FeNi和CrNi中的缺陷团簇比Ni中更小。图1 (a)和(b)沿(001)偏向Rutherford背散射屈服谱作为间隔辐照外貌的函数，此中原始和无定形光谱表现无伤害和完全伤害状态的界限。反向散射产额的低落评释CrFeCoNi > FeNi > CoNi > Ni的抗辐射本领。(c) Ni，(d) CoNi和(e) FeNi样品用3 MeV Au离子辐照至2×1013 cm−2的透射电镜图像;比例尺是40纳米。(f)缺陷在Ni、CoNi和FeNi中的漫衍。
图3 (a) EDX图叠加在Cantor合金在773 K退火500天后的STEM亮场(BF)图像上，此中有3个析出相。相应的SAED图像与(b) L10型NiMn、(c) bcc富cr固溶体和(d) B2型FeCo的模仿衍射图样(红圈)叠加。
图4 在673 K下，1250kev电子辐照CrFeCoNi中位错环的生长举动。弱束暗场(WBDF)图像表现(a)一个Frank间隙环和(b)一个完善的环在g,3.1g条件下的生长。(c) Frank环的长轴长度(绿色)和完善环的长轴长度(紫色)作为伤害水平的函数。虚线是用幂律拟合的曲线，黑线表现在693 K下650 keV电子束辐照的Ni离子中Frank环的线性生长。
图5 Al0.1CrFeCoNi在523K到923K的差别温度下用3MeV Au离子辐照的BF TEM图像和相应的SAED模式。完善的轮回和SFT由蓝色箭头和绿色圆圈标志。随着辐照温度的升高，缺陷密度减小，缺陷尺寸增大。
图6 (a) 316H不锈钢、(b) CrMnFeCoNi和(c) Al0.3CrFeCoNi在573 K和差别剂量下以1 MeV Kr离子辐照的WBDF(上)和BF(下)图像。(d)线圈密度和(e)线圈的均匀巨细分别作为三种合金剂量的函数。
Cantor合金的抗空洞溶胀性能比其衍生物和fcc合金有显着进步，在60dpa的Ni离子辐照下空洞溶胀率仅为0.072%。大量空缺盘算评释，团簇在二元和三元合金中的迁徙速率比在镍中慢得多，这大概是Cantor合金抗溶胀性能进步的底子。
图8 (a)用1.5 MeV Ni离子在773 K照耀到3×1015 cm−2的Ni、CoNi、FeNi和CrFeCoNi的透射电镜横断面图像，面积扩大，用蓝色虚线框标志;插图中的比例尺为50nm。(b)用3MeV Ni离子在773 K下辐照至5×1016 cm−2的Ni、FeNi、FeCoNi和CrMnFeCoNi的透射电镜横断面图像表现，随着构成庞大性的增添，孔隙形成淘汰。
只管Cantor合金具有精良的相稳健性，但在中心退火温度(773-973 K)恒久袒露后，Cantor合金会产生剖析。必要进一步研究Cantor合金及其衍生物恒久袒露于复合辐射和温度后的相稳健性。若有须要，在有现实意义的条件下，订定计谋以确保更大的相位稳健性。图9 在（a）693 K，（b）773 K和（c）853 K下以3 MeV Ni离子辐照至5×1016 cm−2的通量的CrCoNi，CrMnFeCoNi和CrFeCoNiPd的截面TEM图像，表现出清闲形成对构成和温度的依靠性。
图10 (a)物质中离子(SRIM)的制止和范畴模仿离子辐射伤害和入射He浓度剖面图与透射电镜横截面图像重叠。赤色虚线框表现从(b)得到的伤害峰值地区。(b) Ni和CrFeCoNi在高达1.52×1016 cm−2的注量和(a) 773 K， (b) 873 K和(c) 973 K的2MeV He离子辐照下的横断面TEM图像。
综上，现在的研究重要会合在构成元素较少的Cantor合金及其衍生物的辐射相应，以分析身分庞大性反抗辐射性能的影响。含更多合金元素的合金的抗辐照性能尚不清晰，至少可以思量一些含更多元素的等原子合金的开端研究。最终，辐照雷同物(电子和重离子)的研究可否以及怎样代表快中子辐照的题目仍旧是未知的，应该在将来的研究中加以办理。版权声明本文来自质料学网微信民众号，接待友爱转载，转载请联络背景，未经允许，推辞转载
克日，国际质料范畴顶级综述期刊《Progress in Materials Science》颁发了牛津大学质料系ZhouranZhang撰写的长篇综述论文“The effects of irradiation on CrMnFeCoNi high-entropy alloy and its derivatives”。本文对Cantor合金及其子体系、衍生物和相干通例合金(如奥氏体钢)的辐照举动举行综述，对将来的进展趋向作了总结和批评。
链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642521000311
传统的合金设计理念是基于一种或两种元素与其他少数元素的较低浓度混淆，以给出一个团体构成，优化各个方面的性能。2004年Cantor等人和Yeh等人同时提出的等原子合金被称为高熵合金(HEAs)、浓固溶体合金(CSAs)或多主元素合金(MPEAs)并引起了相称大的存眷。
在浩繁的HEAs研究中，起首提出的和最紧张的体系之一是等原子，面心立方(fcc)合金CrMnFeCoNi。这种合金劈头于Cantor等人的事情，通常被以为是一种单相固溶体，被称为“Cantor合金”。人们投入了大量的精神来相识合金的力学举动、耐蚀性、其他固有性能以及近来的辐照相应，使其成为研究最彻底的HEA体系之一。Cantor合金体现出一些有味和吸惹人的力学性能，格外是在低温下具有高屈服强度(795 MPa)、高极限抗拉强度(1280 MPa)、延展性(70%)和断裂韧性(219 MPa∙m1/2)这一不常见的组合。这些特性大概是因为相对较低的层错能(利用量子力学第一道理要领盘算时约为21 mJ∙m- 2，通过x射线衍射丈量时约为18.3-27.3mJ∙m-2)、温度敏感的摩擦应力和低温下纳米孪晶遍及变形的开始造成的。
高熵合金的辐照相应，包罗Cantor合金及其子体系的辐照相应，已受到越来越多的存眷。通过试验和盘算研究，Cantor合金具有相对较好的抗辐射性能，如空洞肿胀不显着、缺陷团簇尺寸较小、缺陷生长、迁徙和演化受阻等。为了餍足快速增进的环球能源需求，先辈的裂变和终极的聚变发电厂的宁静、可靠和经济运行通常被以为是将来低碳能源的一个紧张身分。
本文综述了Cantor合金及其衍生物的抗辐照性能优于传统的雷同元素的稀合金。研究要领通常涉及到辐照雷同物(电子、重离子和He)到快中子轰击。庞大的微观构造阐发和盘算会合在单位素，二元合金和相相互关的介质和高熵合金的比力举动。然而，包罗缺陷能在内的盘算效果大多范围于二元合金，这使得很难将效果推测到HEAs中。只管云云，大部门缺陷迁徙和形成能的趋向盘算与试验研究是同等的
在差别影响和室温条件下，注入3 MeV的Au离子和1.5 MeV的Ni离子时，随着身分庞大性的增添，诱导伤害低落(图1a和1b)。在全部辐还是品中，伤害最严峻的地区有纳米级(2-5 nm)的空地型SFT, Ni、CoNi和FeNi中有均匀尺寸分别为7.0、4.3和4.4 nm的间隙型位错环。如图1f所示，FeNi和CrNi中的缺陷团簇比Ni中更小。图1 (a)和(b)沿(001)偏向Rutherford背散射屈服谱作为间隔辐照外貌的函数，此中原始和无定形光谱表现无伤害和完全伤害状态的界限。反向散射产额的低落评释CrFeCoNi > FeNi > CoNi > Ni的抗辐射本领。(c) Ni，(d) CoNi和(e) FeNi样品用3 MeV Au离子辐照至2×1013 cm−2的透射电镜图像;比例尺是40纳米。(f)缺陷在Ni、CoNi和FeNi中的漫衍。
图3 (a) EDX图叠加在Cantor合金在773 K退火500天后的STEM亮场(BF)图像上，此中有3个析出相。相应的SAED图像与(b) L10型NiMn、(c) bcc富cr固溶体和(d) B2型FeCo的模仿衍射图样(红圈)叠加。
图4 在673 K下，1250kev电子辐照CrFeCoNi中位错环的生长举动。弱束暗场(WBDF)图像表现(a)一个Frank间隙环和(b)一个完善的环在g,3.1g条件下的生长。(c) Frank环的长轴长度(绿色)和完善环的长轴长度(紫色)作为伤害水平的函数。虚线是用幂律拟合的曲线，黑线表现在693 K下650 keV电子束辐照的Ni离子中Frank环的线性生长。
图5 Al0.1CrFeCoNi在523K到923K的差别温度下用3MeV Au离子辐照的BF TEM图像和相应的SAED模式。完善的轮回和SFT由蓝色箭头和绿色圆圈标志。随着辐照温度的升高，缺陷密度减小，缺陷尺寸增大。
图6 (a) 316H不锈钢、(b) CrMnFeCoNi和(c) Al0.3CrFeCoNi在573 K和差别剂量下以1 MeV Kr离子辐照的WBDF(上)和BF(下)图像。(d)线圈密度和(e)线圈的均匀巨细分别作为三种合金剂量的函数。
Cantor合金的抗空洞溶胀性能比其衍生物和fcc合金有显着进步，在60dpa的Ni离子辐照下空洞溶胀率仅为0.072%。大量空缺盘算评释，团簇在二元和三元合金中的迁徙速率比在镍中慢得多，这大概是Cantor合金抗溶胀性能进步的底子。
图8 (a)用1.5 MeV Ni离子在773 K照耀到3×1015 cm−2的Ni、CoNi、FeNi和CrFeCoNi的透射电镜横断面图像，面积扩大，用蓝色虚线框标志;插图中的比例尺为50nm。(b)用3MeV Ni离子在773 K下辐照至5×1016 cm−2的Ni、FeNi、FeCoNi和CrMnFeCoNi的透射电镜横断面图像表现，随着构成庞大性的增添，孔隙形成淘汰。
只管Cantor合金具有精良的相稳健性，但在中心退火温度(773-973 K)恒久袒露后，Cantor合金会产生剖析。必要进一步研究Cantor合金及其衍生物恒久袒露于复合辐射和温度后的相稳健性。若有须要，在有现实意义的条件下，订定计谋以确保更大的相位稳健性。图9 在（a）693 K，（b）773 K和（c）853 K下以3 MeV Ni离子辐照至5×1016 cm−2的通量的CrCoNi，CrMnFeCoNi和CrFeCoNiPd的截面TEM图像，表现出清闲形成对构成和温度的依靠性。
图10 (a)物质中离子(SRIM)的制止和范畴模仿离子辐射伤害和入射He浓度剖面图与透射电镜横截面图像重叠。赤色虚线框表现从(b)得到的伤害峰值地区。(b) Ni和CrFeCoNi在高达1.52×1016 cm−2的注量和(a) 773 K， (b) 873 K和(c) 973 K的2MeV He离子辐照下的横断面TEM图像。
综上，现在的研究重要会合在构成元素较少的Cantor合金及其衍生物的辐射相应，以分析身分庞大性反抗辐射性能的影响。含更多合金元素的合金的抗辐照性能尚不清晰，至少可以思量一些含更多元素的等原子合金的开端研究。最终，辐照雷同物(电子和重离子)的研究可否以及怎样代表快中子辐照的题目仍旧是未知的，应该在将来的研究中加以办理。版权声明本文来自质料学网微信民众号，接待友爱转载，转载请联络背景，未经允许，推辞转载
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