Scripta Mater.：Co0.95Cr0.8Fe0.25Ni1.8Mo0.475高熵合金的Suzuki硬化和偏析

Suzuki效应是指堆垛层错（SF）和特定元素原子之间的强烈化学相互作用，原子在SF处偏析（Suzuki偏析），并降低了堆垛层错能（SFE），成对的Shockley位错被偏析的原子阻碍，导致Suzuki硬化。针对高熵合金（HEA）中的Suzuki硬化效应，来自加利福尼亚大学的Penghui Cao等人通过实验方法研究了Co_0.95Cr_0.8Fe_0.25Ni_1.8Mo_0.475HEA的偏析和Suzuki效应。为了获得具有明显表现出Suzuki偏析的小且均匀应变的试样，将固溶体试样拉伸变形至10%应变，并在773 K下时效480和4320分钟（分别为8和72小时）。如图1所示，显微硬度随时效的增加表明二次硬化，在40分钟时效后，显微硬度达到稳定，然后没有观察到显著变化。图1b显示了冷轧（as CR）和冷轧后时效1小时（CR-1h-aged）HEA试样的工程应力-应变曲线，CR-1h时效试样的屈服强度提高了341 MPa。在图1c中，拉伸断裂的CR试样的侧视图显示断裂部位的横截面积减小，这意味着断裂前的颈缩应变。相反，CR-1h老化材料的侧视图（图1d）显示了剪切断裂，没有颈缩现象和平坦的断裂表面。图1e中的SEM断口图像表明，as CR试样仍表现出一定的韧性断裂特征，如深球形凹坑，对于CR-1h老化试样，图1f中的断口图像显示了明显的解理断裂特征，时效引起的硬化和脆性是Suzuki效应的宏观影响。在纳米尺度上，图2a中CR-1h老化样品的TEM图像显示了（111）面上的许多平面缺陷，右下插图中相应的[110]FCC选区电子衍射（SAED）图案表明为FCC单相，图2e显示了原子柱分辨率下的相应混合EDS元素分布图，在五元固溶体合金中，Co是在低于900 K的温度下具有稳定HCP结构的唯一组成元素，由于Co偏析，成对Shockley位错的移动需要额外的力来克服与偏析原子的相互作用。图3显示了拉伸应变试样、拉伸-8小时效试样和拉伸-72小时效试样的典型亮场TEM图像，在拉伸应变试样中，观察到平面位错和滑移带。在拉伸8小时老化的样品中，出现SF条纹，在拉伸72小时时效的样本中，广泛存在宽的SF条纹（高达200nm）。图4a中，将72小时时效拉伸FIB试样中的SF垂直放置在HAADF-STEM图像的中间，图4b中的混合EDS元素分布图表明，扩展的SF富含Co和Mo原子，拟合的组成曲线用于计算773 K下扩散平衡后SF上的局部能量变化曲线，通过整合图4d中的局部能量改变曲线，元素偏析的SFE确定为−30.6 mJ/m²，SFE的负值表示SFs和偏析原子之间的强烈化学吸引。最后，Mo浓度约为所研究HEA中Co浓度的一半。CR-1h老化样品中相对较高的SF密度导致了可偏析Mo原子的短缺，因此，CR-1h时效试样表现出Co偏析。

图1 （a） 合金的显微硬度随时效时间的变化。（b） CR和CR-1h时效HEA试样的工程应力-应变曲线。（c）作为CR和（d）CR-1h时效材料的拉伸断裂试样的侧视图。（e）as CR和（f）CR-1h时效试样的SEM断口图像。

图2（a） CR-1h时效HEA样品的TEM图像和右下插图中的相应SAED图案。沿[110]FCC区轴观察试样。红色箭头表示（111）面上的平面断层。（b）ABF-STEM图像显示了密集SF之间的交叉点，如（c）FFT图案中的条纹所证明的。（d） SF上的边缘垂直位于HAADF-STEM图像的下半部分。（e） 混合EDS元素分布图。（f） 通过垂直整合（e）下半部分的水平EDS线扫描获得的线轮廓。

图3 （a）拉伸应变试样、（b）拉伸-8小时效试样和（c）拉伸-72小时效试样的典型亮场TEM图像。

图4 （a）一条边垂直放置在HAADF-STEM图像的中间的SF，红框区域在插图中放大，以及（b）混合EDS元素分布图。（c） 通过垂直整合（b）中的水平EDS线扫描获得的线轮廓。（d） 在773 K时，计算出了在有和无元素偏析的SF上的局部能量变化曲线。相关成果以“Suzuki hardening and segregation in Co_0.95Cr_0.8Fe_0.25Ni_1.8Mo_0.475high-entropy alloys”为题发表在Scripta Materialia上，论文第一作者为Jiaxiang Li，通讯作者为Kenta Yamanaka。

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