顆粒在線訊：高熵合金是基于多個(gè)主要金屬元素設(shè)計(jì)思路得到的一種合金材料，在微觀結(jié)構(gòu)方面，高熵合金與傳統(tǒng)合金相比的不同之處長(zhǎng)期受到關(guān)注。材料科學(xué)研究的一個(gè)核心內(nèi)容是結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，該關(guān)系在高熵合金中較復(fù)雜，這是由于局域發(fā)生的焓的漲落與焓的交互作用，形成了原子尺度的成分與結(jié)構(gòu)，包括化學(xué)成分濃度波、化學(xué)短程有序與點(diǎn)陣畸變等。目前，高熵合金中至少一個(gè)明確與傳統(tǒng)合金不同的是形成了化學(xué)短程有序結(jié)構(gòu)，那么短程有序是否長(zhǎng)大？高熵合金中長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)（如B2和等金屬間化合物) 是否是這些短程有序發(fā)展而來(lái)？最/次近鄰原子層短程有序的尺度范圍在亞納米尺度沒(méi)有點(diǎn)陣周期性，短程有序更像是一個(gè)化學(xué)結(jié)構(gòu)基因，無(wú)法從短程有序直接過(guò)渡到長(zhǎng)程結(jié)構(gòu)。研究人員猜想，在短程與穩(wěn)定的長(zhǎng)程結(jié)構(gòu)之間應(yīng)存在一個(gè)在尺度上比短程大、但已具有明確晶體周期性的過(guò)渡結(jié)構(gòu)，可稱之為化學(xué)中程有序（Chemical Medium-Range Order, CMRO)。目前尚未在高熵合金中提出過(guò)化學(xué)中程有序結(jié)構(gòu)的概念，但發(fā)現(xiàn)并證實(shí)中程有序結(jié)構(gòu)的存在，有助于進(jìn)一步理解高熵合金中本征的原子尺度微結(jié)構(gòu)、特別是局部化學(xué)有序及其演化過(guò)程。

　　近日，中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所武曉雷研究組針對(duì)面心立方結(jié)構(gòu)基體和體心立方B2有序析出相的兩相Al9.5CrCoNi高熵合金，利用原子尺度觀察與分析，包括選區(qū)與能量過(guò)濾電子衍射、暗場(chǎng)成像以及原子尺度分辨的化學(xué)成分分析等，在面心立方結(jié)構(gòu)基體中發(fā)現(xiàn)并證實(shí)了化學(xué)中程有序結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究成果以Chemical medium-range order in a medium-entropy alloy為題，于2月23日在線發(fā)表在Nature Communications上。

　　研究人員觀察到在[112]和[013]兩個(gè)晶體學(xué)取向的位置，中程有序結(jié)構(gòu)引起的超點(diǎn)陣衍射與其它中高熵合金中短程有序衍射的位置相同，但衍射從短程有序大直徑的暈圓變成了一個(gè)斑點(diǎn)，斑點(diǎn)的衍射強(qiáng)度較弱，遠(yuǎn)小于基體斑點(diǎn)的強(qiáng)度。此外，中程有序與短程有序結(jié)構(gòu)共存，中程有序與短程有序具有相同的型原子有序占位構(gòu)型，并沒(méi)有觀察到的長(zhǎng)程結(jié)構(gòu)與B2的短程有序。上述結(jié)果表明，中程有序是正在長(zhǎng)大的短程有序，但與長(zhǎng)周期B2的體心立方結(jié)構(gòu)不同。在拉伸變形前后，中程有序的平均晶粒尺寸與體積分?jǐn)?shù)基本未發(fā)生變化，這表明中程有序十分穩(wěn)定。

　　證實(shí)中程有序?qū)τ趶脑映叨壬侠斫飧哽睾辖鸬奈⒔Y(jié)構(gòu)形成及其演化具有重要意義。相比短程有序，中程有序結(jié)構(gòu)更有效地與位錯(cuò)相互作用，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化與應(yīng)變硬化。研究人員提倡基于化學(xué)有序的中高熵合金設(shè)計(jì)策略，通過(guò)形成并調(diào)控化學(xué)有序來(lái)提升綜合力學(xué)性能。

　　研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)（B類）的資助。

圖1.高熵合金Al9.5CrCoNi化學(xué)中程有序結(jié)構(gòu)幾個(gè)晶體學(xué)帶軸的選區(qū)（a-c）與微區(qū)衍射（d），HAADF點(diǎn)陣像傅氏變換和反傅氏變換（e,f），以及能量過(guò)濾暗場(chǎng)像（g,h）

圖2.化學(xué)中程有序結(jié)構(gòu)的元素分布與占位

圖3.化學(xué)中程有序結(jié)構(gòu)的尺寸分布和面密度，以及與短程有序結(jié)構(gòu)的比較