Yuqori rentabellikga chidamlilik va valentlik plastisitivligi metall materiallarning muhandislik qo'llanilishi uchun juda muhimdir. Hozirda faqat bir nechta ultra{1}}yuqori{2}}po'latlar 2 GPa ga teng bo'lgan oquvchanlik quvvatiga (sy) erishadi. Biroq, ular plastik deformatsiyalar paytida etarli darajada qattiq ishlash qobiliyatiga ega emaslar, natijada standart bir o'qli valentlik sinovlarida qayd etilgan bir xil deformatsiya haqiqiy bir xil cho'zilish (ɛu) emas, balki mahalliylashtirilgan deformatsiya tasmasi natijasida kelib chiqqan tishli plastik oqimdan iborat. Bu ultra{6}}yuqori{7}}po'latlar, masalan, marajlangan po'latlar, odatda juda past bir xil cho'zilish xususiyatiga ega (masalan, ɛu ~ 5%). Klassik ikkinchi fazani mustahkamlash mexanizmi materiallarning oquvchanligini samarali oshirishi mumkin bo'lsa-da, mustahkamlash darajasi qotishmadagi ikkinchi fazaning past hajmli ulushi (ko'pincha < 50 vol.%) bilan chegaralanadi, bu esa valentlik plastisiyasining keskin pasayishiga olib keladi. Shu sababli, oquvchanligi sy ~ 2 GPa va bir tekis cho'zilish ɛu 10% dan sezilarli darajada yuqori bo'lgan qotishmalarni loyihalash materialshunoslikning asosiy muammosidir.
Yuqoridagi qiyinchiliklarga javoban, Sian Tszyaotong universitetidagi Metall materiallar mustahkamligi milliy kalit laboratoriyasidan professor Chjan Jinyu, professor Ma En va akademik Sun Jun ultra{0}}yuqori hajmli fraktsiyali intermetal birikma cho'kmalaridan, ya'ni kogerent L12 nano-fazali va qattiq bo'lmagan plastmassaning mikro-fazali juftligini va B kogerentini mustahkamlashni taklif qilishdi. Oldingi yutuqlarga asoslangan FCC boy temir kompleksi qotishma matritsasi (Acta Mater, 2022, 233: 117981; Scripta Mater, 2023, 222: 115058). Xona haroratida ultra-yuqori mustahkamlik va katta bir tekis cho‘zilish egiluvchanligiga erishish uchun ushbu qotishmaning dizayn konsepsiyasi quyidagilardan iborat: i) kogerent L12 nanofazasining yuqori hajmli ulushi bilan uning mustahkamligini oshirish, yuqori inversiya domenining chegara energiyasiga ega va ii) past modulli kogerent bo‘lmagan B2 mikrofazasining yuqori hajmli qismini joriy qilish; Bir tomondan, kogerent bo'lmagan interfeyslar kogerent interfeyslarga qaraganda dislokatsiya harakatiga to'sqinlik qilish va oqish kuchini oshirishda samaraliroqdir. Boshqa tomondan, bir nechta qotishma elementlarning kiritilishi B2 ning plastisitivligini oshirish uchun fazaga qarshi domen chegarasini pasaytiradi, bu zarrachalarning dislokatsiyani saqlash birligi sifatida harakat qilishiga va ishning qattiqlashuv qobiliyatini yaxshilashga imkon beradi.
Ko'p asosiy elementli qotishmalarning konstruktiv kontseptsiyasi murakkab qotishmalar uchun katta kompozitsion tanlov maydonini keltirib chiqaradi, bu esa an'anaviy "sinov va xato" usullariga asoslangan yuqori samarali qotishmalarni loyihalashda misli ko'rilmagan qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi. Shu maqsadda jamoa a'zolari domen bilimlariga yordam beradigan mashinani o'rganish usullaridan foydalangan holda komponentlar skriningini o'tkazdilar. Eng muhim Ta elementi (Ti elementidan ko'ra) sinergik qotishma yuqori qattiq eruvchanligi yuqori yorug'lik elementi Al va L12 qarama-qarshi faza domenlari chegaralari orqali erishildi, natijada L{4}}B2 qo'sh yog'ingarchilik fazasi Fe35Ni29Co21Al12Ta3 (at.%) murakkab qotishmani kuchaytirdi (1-rasm). L12 nanofazasi (Al, Taga boy) va B2 mikrofazasi (Al ga boy, Ta ga kam) hajm ulushlari mos ravishda ~67 vol.% va ~15 vol.% edi. Ham kogerent L12/FCC interfeysi, ham kogerent bo'lmagan B2/FCC interfeysi dislokatsiyalar bilan kuchli ta'sir o'tkaza oldi (2-rasm). U nafaqat dislokatsiyalarni hosil qiladi, balki dislokatsiyalarni ham saqlashi mumkin, ayniqsa past modulli B2 mikron fazasini (FCC+L12) bilan solishtirish mumkin. misli ko'rilmagan mustahkamlik plastik birikmasi xona haroratida, hozirgi kunga qadar barcha xabar qilingan qotishmalardan sezilarli darajada yaxshiroq (4-rasm). Jamoa tomonidan taklif etilgan qotishma dizayn strategiyasi boshqa yuqori samarali qotishmalarni loyihalash uchun ham yangi g‘oyalarni taqdim etadi.
Shakl 1. (a) Domen bilimiga asoslangan mashinani o'rganish modeli (oltita faol o'rganish tsiklidan iborat) o'ta plastiklikka ega FeNiCoAlTa kompleks qotishmasini bashorat qiladi. (b) Nazariy bashorat qilingan rentabellik kuchi eksperimental ravishda o'lchangan rentabellik kuchiga mos keladi va bu mashinani o'rganish modelining ishonchliligini tasdiqlaydi. (c) Eksperimental o'lchangan rentabellik kuchi va modelni takrorlash soni o'rtasidagi bog'liqlik Fe35Ni29Co21Al12Ta3 kompleks qotishmasining optimal tarkibini ochib beradi.
Shakl 2. (a-d) Xona haroratining deformatsiyasi va uch fazali tuzilishga ega Fe35Ni29Co21Al12Ta3 kompleks qotishmasining interfeys xususiyatlari, ya'ni dislokatsiyalar L12 nanofazasini kesib o'tishi va past modulli B2 mikrofazasida saqlanishi mumkin. Dislokatsiyalar L12/FCC kogerent va B2/FCC kogerent bo'lmagan interfeyslarda ham mavjud; (e) Murakkab qotishmalarning kimyoviy tarkibi va tarqalish xususiyatlarini, shuningdek, ko'p asosiy L12 nanofaza va B2 mikro fazasining elementar tarkibini atom prob tahlili.
3-rasm. Fe35Ni29Co21Al12Ta3 kompleks qotishmasidagi har bir tarkibiy fazaning dislokatsiya zichligining evolyutsiyasi (a1-d1) e=0, (a2-d2) e=8% va (a3-d3) e{11}}% va (a3-d3) e{14}} e{14}} koʻproq mikromodulni saqlashi mumkin, bu mikrofazadan pastroq boʻlishi mumkin. dislokatsiyalar zichligi (FCC+L12) matritsaga nisbatan.
4-rasm. (a{1}}b) Har xil tarkibga ega murakkab qotishmalarning muhandislik kuchlanishi-deformatsiyalari va haqiqiy kuchlanish-deformatsiyalari egri chiziqlari, (c) Fe35Ni29Co21Al12Ta3 kompleks qotishmasining 2GPa sinfidagi boshqa ultra{{10}metal materiallar (D va yuqori mustahkamlikdagi metall materiallar) bilan qattiqlashuv samaradorligini taqqoslash martensitik po'lat, o'rta yuqori entropiyali qotishmalar) va (d, e) Fe35Ni29Co21Al12Ta3 murakkab qotishmasining boshqa metall materiallar bilan oquvchanligi bir xil kuchlanish cho'zilishi moslashuvi va oqish quvvati kuchli plastik mahsulot mosligini solishtirish. Xona haroratida mexanik xususiyatlarning kombinatsiyasi boshqa xabar qilingan metall materiallardan sezilarli darajada ustundir.
Tadqiqot natijalari Nature jurnalida "Yuqori kuchga ega bo'lgan egiluvchan FeNiCoAlTa qotishmalarining mashinani o'rganish dizayni" sarlavhasi ostida nashr etildi. Xi'an Jiaotong universiteti Materialshunoslik va muhandislik fakultetining doktorantlari Yosir Soxail va Chjan Chongle mos ravishda maqolaning birinchi va ikkinchi mualliflaridir. Professorlar Chjan Jinyu, Marks va akademik Sun Jun maqolaning hammualliflaridir. Ishda professorlar Liu Gang, Xue Dezhen, dotsent Yang Yang va doktorantlar Chjan Dongdong, Gao Shaohua, Fan Xiaoxuan va Chjan Hang ham ishtirok etdilar. Xi'an Jiaotong universitetidagi Metall materiallarning mustahkamligi milliy kalit laboratoriyasi bu ish uchun yagona aloqa va yakuniy birlikdir. Bu ish Sian Jiaotong universiteti Materialshunoslik fakultetining chet ellik talabalari birinchi muallif sifatida “Tabiat” maqolasini birinchi marta nashr etishdi. Ushbu ish Xitoyning Milliy tabiiy fanlar jamg'armasi, 111 iste'dodlarni joriy etish bazasi, Shensi provintsiyasi fan va texnologiya innovatsion jamoasi loyihasi va Markaziy universitetning asosiy tadqiqot biznes jamg'armasi tomonidan moliyalashtirilgan. Xarakteristika va sinov ishlari Xi'an Jiaotong universitetining Tahlil va sinov umumiy markazi, Materialshunoslik maktabining eksperimental texnologiya markazi va Shanxay yorug'lik manbai tomonidan kuchli qo'llab-quvvatlandi.