Boron doped ultrastrong and ductile high-entropy alloys

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作者
Jae Bok Seol,Jae Wung Bae,Zhiming Li,Jong Chan Han,Jung Gi Kim,Dierk Raabe,Hyoung Seop Kim
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier BV]
卷期号:151: 366-376 被引量:357
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2018.04.004
摘要

A new class of materials called high-entropy alloys (HEAs) constitutes multiple principal elements in similar compositional fractions. The equiatomic Fe20Mn20Cr20Co20Ni20 (at%) HEA shows attractive mechanical properties, particularly under cryogenic conditions. Yet, it lacks sufficient yield and ultimate tensile strengths at room temperature. To strengthen these materials, various strategies have been proposed mainly by tuning the composition of the bulk material while no efforts have been made to decorate and strengthen the grain boundaries. Here, we introduce a new HEA design approach that is based on compositionally conditioning the grain boundaries instead of the bulk. We found that as little as 30 ppm of boron doping in single-phase HEAs, more specific in an equiatomic FeMnCrCoNi and in a non-equiatomic Fe40Mn40Cr10Co10 (at%), improves dramatically their mechanical properties, increasing their yield strength by more than 100% and ultimate tensile strength by ∼40% at comparable or even better ductility. Boron decorates the grain boundaries and acts twofold, through interface strengthening and grain size reduction. These effects enhance grain boundary cohesion and retard capillary driven grain coarsening, thereby qualifying boron-induced grain boundary engineering as an ideal strategy for the development of advanced HEAs.
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