Новые структурные идеи могут привести к механическому улучшению сплавов

а) Схематическая иллюстрация экспериментальной установки.б) Сканирующее изображение электронной микроскопии (SEM), показывающее устройство Push-To-Pull (PTP) для циклического испытания на растяжение.C) СЭМ -изображение, показывающее образец экранного энтропийного сплава среды CrConi (MEA) с выемкой перед механическим тестированием.Направление загрузки обозначено белыми стрелками.г) иллюстрация подпрограммы для обработки данных 4D-Стем.e) Сравнение изображений микроскопии, полученных в той же области в образце CRConi MEA после 1000 циклов деформации.Кредит: Природная связь (2024).Doi: 10.1038/s41467-024-45696-z

Согласно новому исследованию, под руководством исследователей Penn State, ответ может относиться к краткосрочному порядку материала или местным расположением атомов в материале.Исследователи заявили, что эти знания могут привести к дальнейшему улучшению механической производительности и устойчивости к ущербам этих материалов, в свою очередь, приводя к повышению квалификации и надежности инженерных систем следующего поколения для транспортировки или электростанций.

Их результаты были опубликованы в Nature Communications.

Команда разработала новый метод визуализации для изучения локального атомного расположения металлических материалов, называемых сплавами с высоким и средним энтропией (HEA/MEA), и сосредоточилась на их исследовании, специально предназначенной на хрома-кобальт-никеле (CRConi) MEA и его егоВоздействие на механические характеристики.

«Механические показатели CRConi удивительны»,-сказал совместный автор Ян Ян, доцент штата Пенсильвания, а доцент штата Пенсильвания, а также доцент штата Пенсильвания, а также ядерная инженерия, которая также связана с Научно-исследовательским институтом материалов.«Например, недавно было показано, что на земле самая высокая прочность на земле почти на -423 ° F. Но люди не знали, почему это было так хорошо».

Некоторые ученые, по словам Янга, предположили, что за это был ответственен краткосрочный заказ.

«Но поскольку порядок краткосрочного диапазона настолько мал и тонкий в материалах, очень сложно наблюдать или измерить его, чтобы предоставить экспериментальные доказательства»,-сказал совместный автор Эндрю М. Мино, профессор материаловедения и техники вКалифорнийский университет Беркли (Калифорнийский университет в Беркли) и Национальная лаборатория Лоуренса Беркли (LBNL).

Croni имеет три компонента: хром, кобальт и никель.По словам Янга, каждый элемент имеет одинаковую атомную фракцию в сплаве, и ранние исследования предполагали, что каждый из трех видов атомов был случайным образом распределен в системе.Тем не менее, Ян сказал, что недавние исследования показывают, что материал фактически отображает краткосрочный заказ.

«Давайте представим, что есть вечеринка с людьми из штата Пенсильвания, штата Огайо и штата Северная Каролина», - сказал Ян.«И, в идеале, вы ожидаете, что все будут беспрепятственно смешивать, создавая равномерное сочетание людей по всей комнате. Однако на практике это не всегда так. Часто люди из одного и того же университета, как правило, тяготеют друг к другунарисовано общим опытом. Это своего рода краткосрочный порядок, отклоняющийся от ожидаемого случайного распределения ».

Чтобы изучить роль краткосрочного порядка в CRCONI, команда разработала эксперимент с использованием энергофильтранкой 4D-сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (4D-Stem).В эксперименте с 4D-стволом наноразмерное электронное луче сканирует на образце, генерируя дифракционную дифракционную картину нанобиама для каждой точки.

По словам несовершеннолетнего, они смогли собирать сотни дифракционных изображений электронов каждую секунду, позволяя им анализировать эволюцию дефектов материала при напряжении как с большим полем зрения, так и с высоким разрешением.

«Дефекты формируются во время процесса механической деформации, и мы фактически обнаружили, что существует переход в формировании дефекта», - сказал Мином, отметив, что они сосредоточены конкретно на плоские дефекты или «ошибки» в последовательности укладки плоскостейатомы.

«Мы обнаружили, что плоский дефект полностью обратима во время начальных циклов. Если мы деформируем его, а затем отпустим силу, он полностью восстанавливается. Однако, примерно после тысячи цикла механической деформации, эта обратимость исчезает. На данный момент дефект стремитсяЧтобы остаться там после того, как мы выпустим нагрузку. И этот переход, мы думаем, фактически регулируется краткосрочным порядком в этой системе ».

Ян сказал, что это потому, что в начале система имеет много краткосрочного порядка, который делает обратимые процессы благоприятными.Тем не менее, деформация постепенно разрушает это небольшое упорядочение, и которая настраивает механизм деформации по отношению к другому, который способствует этому формированию плоского дефекта.

«Короткий диапазон похож на модератора»,-сказал Ян.«Локальная плотность этого, или степень ее, контролирует, какой механизм работает, который не работает. Синергия различных механизмов деформации имеет решающее значение для высокой допуска в ущерб в этом классе материала».

Успешно предоставляя методику для визуализации плоской эволюции дефектов в CRConi и интеграции расширенного атомистического моделирования, исследователи смогли выявить взаимодействие между краткосрочным порядком и плоскими дефектами, что может повысить механическую производительность этих сплавов.

Больше информации: Ян Ян и др., Омоложение как происхождение плоских дефектов в энтропийном сплаве средней среды Croni, Природная связь (2024).Doi: 10.1038/s41467-024-45696-z