Achieving thermally stable nanoparticles in chemically complex alloys via controllable sluggish lattice diffusion

材料科学 纳米颗粒 微观结构 扩散 格子(音乐) 合金 热稳定性 结构稳定性 化学物理 纳米技术 化学工程 热力学 复合材料 化学 结构工程 物理 工程类 声学
作者
Bo Xiao,Junhua Luan,Shijun Zhao,Lijun Zhang,Shiyao Chen,Yilu Zhao,Lianyong Xu,C.T. Liu,Ji‐Jung Kai,Tao Yang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:71
标识
DOI:10.1038/s41467-022-32620-6
摘要

Nanoparticle strengthening provides a crucial basis for developing high-performance structural materials with potentially superb mechanical properties for structural applications. However, the general wisdom often fails to work well due to the poor thermal stability of nanoparticles, and the rapid coarsening of these particles will lead to the accelerated failures of these materials especially at elevated temperatures. Here, we demonstrate a strategy to achieve ultra-stable nanoparticles at 800~1000 °C in a Ni59.9-xCoxFe13Cr15Al6Ti6B0.1 (at.%) chemically complex alloy, resulting from the controllable sluggish lattice diffusion (SLD) effect. Our diffusion kinetic simulations reveal that the Co element leads to a significant reduction in the interdiffusion coefficients of all the main elements, especially for the Al element, with a maximum of up to 5 orders of magnitude. Utilizing first-principles calculations, we further unveil the incompressibility of Al induced by the increased concentration of Co plays a critical role in controlling the SLD effect. These findings are useful for providing advances in the design of novel structural alloys with extraordinary property-microstructure stability combinations for structural applications.
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