近日，我院欧阳义芳教授和陶小马教授开展了难熔金属的扩散性能及合金设计的研究，研究成果以"Interdiffusion behaviors and mechanical properties of Zr-X (X= Nb, Ta, Hf) binary systems [1]"、"Interdiffusion behaviors and mechanical properties in BCC Zr-rich Zr–Nb–Ta system [2]"和"Effect of Cr content on microstructure characteristics and mechanical properties of ZrNbTaHf_0.2Cr_x refractory high entropy alloys [3]"为题发表在《Journal of Alloys and Compounds》和《CALPHAD》期刊上。

目前，难熔高熵合金被认为是替代高温合金的理想选择，具有高熔点、高强度、优异的耐腐蚀性能和耐磨性能等优点而备受关注。为了丰富Zr-Nb-Ta-Hf体系的扩散系数等参数，尤其是三元体系的扩散性能研究，故本扩散实验研究针对Zr-Nb-Ta-Hf体系难熔高熵合金建立了相应的扩散动力学数据。本研究工作以Zr-Nb-Ta-Hf体系中的Zr-Nb、Zr-Ta、Zr-Hf和Zr-Nb-Ta体系为研究对象，利用扩散偶技术研究了它们在高温下的扩散行为和扩散层的力学性能。使用电子探针微区成分分析技术(EPMA)和纳米压痕显微测试仪等手段对扩散偶中扩散层的成分与力学性能进行了测试分析。在合金设计研究中，引入了Laves相作为提高合金强度的增强相。通过调控Cr元素的含量对Laves相进行调制来优化合金性能，对该系列合金的相组成、显微组织、成分和室温力学性能进行了测试和分析。ZrNbTaHf_0.2Cr_x合金具有典型的枝晶状结构，由BCC固溶相、HCP固溶相和C15 Laves相组成。通过增加Laves相的比例使得合金强度提高至母合金强度的两倍。

Indentation picture of Zr-Hf diffusion couple; (b) Displacement load curves corresponding to different Hf components in Zr-Hf diffusion couple [1].

Diffusion paths for the Zr-Nb-Ta ternary diffusion couples annealed at (a) 1523 K and (b) 1423 K [2].

(a) The BSE image of the as-cast ZrNbTaHf0.2Cr0.75. The diffraction bands obtained from the A, B and C blue points in (a) are shown at the upside of (b), (c) and (d), respectively, while the simulated patterns generated by the crystal structure of BCC, HCP and C15 Laves are shown at the bottom of (b), (c) and (d), respectively [3].

该工作获得国家自然科学基金，广西自然科学基金等资助。

论文[1]作者：王俊（硕士生）、方黎阳（博士生）、李晓宁（硕士生）、刘发利（硕士生）、贺显聪、徐广龙、周宇璐、陶小马（通讯作者）、欧阳义芳、杜勇

论文[1]链接：https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.164910

论文[2]作者：王俊（硕士生）、方黎阳（博士生）、李晓宁（硕士生）、徐晨冉（硕士生）、贺显聪、徐广龙、周宇璐、陶小马（通讯作者）、欧阳义芳、杜勇

论文[2]链接：https://doi.org/10.1016/j.calphad.2022.102410

论文[3]作者：方黎阳（博士生）、王俊（硕士生）、李晓宁（硕士生）、陶小马（通讯作者）、欧阳义芳、杜勇

论文[3]链接：https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.166593