高温高压下Al基高熵合金熔体结构遗传及自生双相固溶体结构调控研究

In material physics research field, a great change has been made from traditional observing and test to predict and control the material's behavior. From the beginning research to right now, obtaining a single phase solid solution is always the chasing goal for the high entropy alloys (HEA). Based on the previous research, the HEA with two phases coexist exhibits good properties. The research focuses Al-based HEA, by high pressure, try to design and fabricate HEA with two phases solid solutions. High pressure-induced melt rapid quenching and rapidly dynamic loading rates applying on the samples to obtain the microstructure-controllable HEA. The phase transformation under high pressures was studied. The structure, elastic parameters and force stability parameters under high pressures were studied and calculated by density functional theory and Molecular Dynamic Analysis, the crystal model was built using Virtual crystal approximation. By dynamic-loading model in nanoindentation creep test, the heterogeneity in HEA was identified and visualized. The results are useful for improving the phase transformation theory under high pressures in multicomponents alloys and developing the new generation functional application alloys.

材料物理研究的一个重大变化，已从传统的观察和检测，逐步转向对物质行为的预测和控制。高熵合金自发现至今，一直以获得单相固溶体为目标。前期研究发现，两相共存高熵合金具有优异的性能。本研究以Al系高熵合金为研究对象，拟引入压力参数，打破以往追求单相固溶体高熵合金的理念，进行合金设计, 获得具有自生双相结构固溶体。通过静高压熔体急冷以及高应变动态压缩，研究高压相变机理，制备组织可调控的双相高熵合金。采用第一性原理密度泛函理论、分子动力学模拟，构建晶体结构模型，预测Al系高熵合金在不同压力影响下力稳定性常数及压力作用下的结构相变，指导与修正高压实验结果。提出并通过动态加载纳米蠕变模式表征高熵合金“结构有序、化学无序”的合金结构。希望完善凝聚态物理高压下，多合金体系的相变理论，并为进一步开发新的功能应用型合金提供理论依据。

材料物理研究的一个重大变化，已从传统的观察和检测，逐步转向对物质行为的预测和控制。高熵合金自发现至今，一直以获得单相固溶体为目标。前期研究发现，两相共存高熵合金具有优异的性能。本研究以Al系高熵合金为研究对象，拟引入压力参数，打破以往追求单相固溶体高熵合金的理念，进行合金设计, 获得具有自生双相结构固溶体。采用第一性原理密度泛函理论、分子动力学模拟，构建晶体结构模型，预测Al系高熵合金在不同压力影响下力稳定性常数及压力作用下的结构相变，指导与修正高压实验结果。研究表明Al0.1CrCuFeMnNi和AlxCoCrFeNi经深过冷处理后由单相FCC结构变为自生双相FCC+BCC结构，晶粒细化，硬度以及塑性得到提高，并揭示了相结构遗传转变规律。研究了AlxCo15Cr15Ni70-x系双相共晶高熵合金高压下由FCC相向HCP相的转变机理的和高温下的力学性能，同时提出设计共晶高熵合金的一种新理念。制备了一系列新型的Al基树枝状复合HEA，包含包括粗大的树枝晶（B2）和纳米结构的枝晶间区（相干嵌入FCC基质的L12纳米级颗粒）。提出并通过动态加载纳米蠕变模式表征高熵合金“结构有序、化学无序”的合金结构。这些研究可以为避免凝固过程造成的偏析提供理论依据，发展有别于传统铸造高熵合金工艺的新材料设计理念