【導讀】合金與金屬相比,，除具有金屬的特性外，還具有許多比單組分金屬更優(yōu)良的物理,、化學或機械性能,，如硬度大、密度低,、耐磨,、耐腐蝕等,，因而廣泛應用于人們的衣食住行以及航空、航天,、機械制造,、船舶等領域。合金的性能可以通過所添加的元素種類,、含量以及合成條件等來加以調控,。近期，大連理工大學李曉娜教授團隊通過射頻磁控濺射法制備了一系列 (NbMoTaW)100-xVx (x = 0 ~ 30.5, at%) 合金薄膜,，探究了由弱焓相互作用元素V引起的局域結構轉變對NbMoTaW體系性能的影響,，揭示了高熵合金薄膜的高穩(wěn)定性不僅源于元素本身的高熔點，而且與高無序程度和焓相互作用引起的微觀結構波動有關,，有望在高溫,、高硬度、耐磨損等條件下得到廣泛應用,。

圖1 論文首頁

該論文以“Weak enthalpy-interaction-element-modulated NbMoTaW high-entropy alloy thin films"（弱焓相互作用元素調制的 NbMoTaW 高熵合金薄膜）為題發(fā)表于國際知名期刊《Applied Surface Science》,。島津上海分析中心SPM（掃描探針顯微鏡）應用工程師劉仁威博士作為共同作者，使用島津SPM-9700HT完成了薄膜樣品表面電流的表征和分析工作,。

研究成果掠影

目前,，很多工作研究了合金的局域結構與機械強度之間的關系，而干擾成分對局域結構與合金熱穩(wěn)定性關系的研究卻很少,。NbMoTaW難熔高熵合金具有單一的BCC結構,，且組成元素具有較高的熔點，因而表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性,，是研究局域結構與熱穩(wěn)定性關系的理想材料,。該論文通過添加不同含量的V元素，探究了高熵NbMoTaW薄膜具有較高熱穩(wěn)定的原因（見圖2）,。

圖2 (a) BCC結構示意圖,，

(b)NbMoTaW難熔高熵合金，N,、M表示Nb,、Ta、Mo,、W的隨機分布,，

(c~d)(NbMoTaW)_100-xV_x薄膜團簇中加入V元素后的原子相互作用示意圖，

(e)V的添加量對NbMoTaW薄膜力學性能影響,，

(f)當V含量為27.4%時,，NbMoTaW薄膜的電流分布

為了更加深入地理解合金成分-結構-性能之間的關系，論文作者利用SPM建立了合金薄膜微結構-導電性的關系,，研究了(NbMoTaW)100-xVx的導電機理,。文中采用島津SPM-9700HT的電流模式測試了NbMoTaW,、(NbMoTaW)91.5V8.5、(NbMoTaW)72.6V27.4以及(NbMoTaW)69.5V30.5薄膜的表面形貌和電流分布（見圖3）,。藍色和紅色代表薄膜表面的導電性差異,，藍色區(qū)域導電性較好，而紅色區(qū)域導電性較差,。由圖可以看出無V元素時,，NbMoTaW薄膜電流分布有明顯起伏，藍色區(qū)域較多,。而隨V元素的加入,，薄膜表面電流起伏變化明顯減小，藍色區(qū)域明顯減小,，當V含量達到30.5%時,，藍色區(qū)域已經(jīng)很少。NbMoTaWV薄膜始終保持單一BCC結構,，因此表面電流分布的變化與成分偏析密切相關,。

V元素的加入不僅降低了由成分偏析導致的電導率差異，而且改善了成分或電導率的均勻性,，提高了電阻率,，這與STEM成分分析和電阻率測量結果一致。此外,，通過對三維表面高度圖和電流分布圖進行疊加,，可以消除由于粗糙度引起的表面電流變化。

圖3 NbMoTaW, (NbMoTaW)_91.5V_8.5, (NbMoTaW)_72.6V_27.4以及 (NbMoTaW)_69.5V_30.5薄膜的三維高度圖(a₁~a₄),，電流分布(b₁~b₄)以及將電流分布疊加到高度圖上的三維圖(c₁~c₄)

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客戶心聲

李曉娜教授課題組合照

論文第一作者畢林霞（前排左一）表示：“為了探究了由弱焓相互作用元素V引起的局部結構轉變對NbMoTaW體系的熱穩(wěn)定性的影響，我們制備了一系列 (NbMoTaW)100-xVx(x=0~30.5, at%)薄膜,，并系統(tǒng)性地研究了其微觀結構,、力學性能以及電導率等。利用SPM表面電流模式,，可以清晰地獲得薄膜微區(qū)導電性能分布,，并建立了微結構-導電性的關系，有助于我們深層次理解成分-結構-性能之間的關系,。本工作在島津公司上海分析中心劉仁威博士的幫助下進行,，非常感謝島津分析中心提供的大力幫助,，希望今后繼續(xù)合作,。"

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