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轻质高熵合金Al20Li20Mg10Sc20Ti30弹性性质第一性原理的研究

2021-06-10唐壁玉

化工技术与开发 2021年5期
关键词:结构

王 玮,丁 凝,杨 锦,杨 敏,孟 虹,唐壁玉

(广西大学化学化工学院,广西 南宁 530004)

自从2004年Yeh团队[1]及Cantor团队[2]各自独立制备出多主元合金以来,多主元合金在材料领域受到大量的关注。传统合金材料是以一种或两种金属元素为主体,再向其中加入其他金属元素或非金属元素,以达到增强性能或降低成本的目的。这样的成分设计使得传统的合金材料存在于成分相图的顶角附近部分。不同于传统合金材料的成分设计,多主元合金的主体元素有5种或5种以上,这些元素中的每一种元素的摩尔比都在5%~35%之间,这使得合金配比在成分相图中的分布,由相图的边缘区域转移到了相图的中心区域,从而大大扩展了材料成分的设计空间,因此是对传统合金成分设计概念的一个突破。

传统的合金设计认为,当合金中包含多个主体元素时,基于一些金属元素之间具有较强的键合作用等原因[3],合金中会形成大量成分不同的化合物,尤其是可能会形成大量的脆性金属间化合物,导致合金的性能不能满足应用要求。然而,多主元合金包含多个主体元素,且呈现出简单的单相无序固溶结构(包括面心立方结构、体心立方结构、密排六方结构)。出现这种有别于传统认知的现象,是由于当多主元合金形成单相无序固溶结构时,会具有比有序金属间化合物或中间相更大的构型熵。由热力学定律G=H-TS(G代表吉布斯自由能,H代表焓,T代表温度,S代表熵)可知,当温度大于0K时,吉布斯自由能随着焓的增加而增加,随着温度及熵的增加而减小。……

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