随着单相多组分固溶体合金的成功合成，相关问题的研究正在快速发展并面临更多挑战。尽管高熵合金(HEAs)领域具有许多新发现，但也存在无法解释的结果、激烈的争议和新的基本问题。因此，提出了各种经验热物理参数来预测单相多组分固溶体合金的形成，包括理想的构型熵、液相中的混合焓、扩展的休谟—罗瑟里定则，以及两种固体的自由能(焓和熵)比较。由于成功地形成了单相固溶体CoCrFeMnNi合金，多年来，大多数关于单相多组分固溶体合金的研究都集中在设定的成分上，即等摩尔或接近等摩尔的成分。对于等摩尔组成，吉布斯自由能实际上在正解模型下是最低的，因为在理想摩尔构型熵下混合熵是最大的。然而，根据名义成分计算的熵是不准确的，将合金定义为根据标准成分计算的高、中和低熵是不合适的。
中国台湾成功大学的研究人员从不同维度评估一些标准，并提出多组分固溶体合金的机制，以及关于相稳定性的替代解释新标准。相关论文以题为“New mechanism and criterion for forming multi-component solid-solution alloys”发表在Scripta Materialia。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114128
根据固溶体拓扑不稳定性理论，溶解度极限是由基体的局部拓扑不稳定性决定的，而不是由溶质决定的。然而对于多组分合金，所有元素都被认为是溶质。考虑多组分合金局部拓扑不稳定性的方法可以提出合理化方法如下：由于压力的局部波动直接影响局部配位数(CN)，因此相关的拓扑变化是局部CN的变化。将相邻的每个元素视为晶格类型单元格中的一个单元，可以想象与中心元素不同的不同配位元素作为溶质来替代单元中与中心元素相同的配位元素，进而计算键能和应变的差异。键能和应变的所有单位的总和可能比现有的Hmixing和半径差计算更可靠，可用作标准。键能差变得更负并且保持尽可能小的应变有利于稳定单相固溶体。Hmixing可以通过第一相邻原子对之间的键能相加来计算。
图1 纳米晶核由颗粒内、近表层和表面组成
虽然现有标准可用于预测单相单相多组分固溶体合金的发展，但相关机制尚未阐明。本文提出一个模型来解释有关多组分合金为何要形成单相或多相固溶体的机制。基于多组分系统的固态相平衡，多组分合金通常涉及多个相，包括单相固溶体、多相固溶体、金属间化合物以及给定温度下的组合。进一步指出单相多组分固溶体合金在恒定温度下的相位稳定性通过最小化系统的吉布斯自由能来确定温度和压力。
在设定的单相多组分固溶体合金成分中，每种元素可能无法100%溶解，因此将发生自偏析。由于溶解度极限随着温度的降低而降低，偏析元素的量将随着温度的降低而增加。随着元素偏析到晶界，晶界成分将发生变化。这种改变的晶界成分可能有利于第二相的形成，这得到了不同相的证据的支持。
因此，这可以更合理地解释CoCrFeMnNi合金中观察到的结果：在700℃时形成一个相，但在500℃时形成三个相，这仅发生在晶界处。此外，两个晶粒之间的晶界成分可能不同，这会引起两个晶粒之间通过晶界的相互扩散。这反过来又会改变晶界成分，进一步促进第二相的发展。本文为不同温度退火的CoCrFeMnNi合金的相稳定性提供了更合理的解释，提出了单相多组分固溶体合金发展的新机制。
本文来自微信公众号【材料科学与工程】，未经许可谢绝二次转载至其他网站，如需转载请联系微信公众号mse_material
本文版权归原作者所有，文章内容不代表平台观点或立场。如有关于文章内容、版权或其他问题请与我方联系，我方将在核实情况后对相关内容做删除或保留处理！联系邮箱: yzhao@koushare.com