A CrCoNi medium entropy alloy thin film is fabricated using magnetron sputtering. It exhibits a unique hierarchical nanostructure, featuring (1) a high density of planar defects (mostly stacking faults plus a small number of twin boundaries), (2) a dual-phase configuration (a mix of face-centred-cubic and hexagonal-close-packed), and (3) vertically aligned, textured nanocolumns, each with a width of ∼100 nm. The hierarchical nanostructure in this study is original, especially for its dual phase combination, since the bulk CrCoNi medium entropy alloy generally presents a single phase face-centred-cubic structure. The CrCoNi film shows a hardness quadruple that of its face-centred-cubic structured counterpart. The formation and its role of the hierarchical nanostructure in producing such mechanical strength are discussed.
References
1.
J. W.
Yeh
, S. K.
Chen
, S. J.
Lin
, J. Y.
Gan
, T. S.
Chin
, T. T.
Shun
, C. H.
Tsau
, and S. Y.
Chang
, Adv. Eng. Mater.
6
, 299
(2004
).2.
B.
Gludovatz
, A.
Hohenwarter
, D.
Catoor
, E. H.
Chang
, E. P.
George
, and R. O.
Ritchie
, Science
345
, 1153
(2014
).3.
W. Y.
Huo
, F.
Fang
, H.
Zhou
, Z. H.
Xie
, J. K.
Shang
, and J. Q.
Jiang
, Scr. Mater.
141
, 125
(2017
).4.
B.
Gludovatz
, A.
Hohenwarter
, K. V.
Thurston
, H. B.
Bei
, Z. G.
Wu
, E. P.
George
, and R. O.
Ritchie
, Nat. Commun.
7
, 10602
(2016
).5.
B.
Chen
, J.
Wang
, Q.
Gao
, Y. J.
Chen
, X. Z.
Liao
, C. S.
Lu
, H. H.
Tan
, Y.-W.
Mai
, J.
Zou
, and S. P.
Ringer
, Nano Lett.
13
, 4369
(2013
).6.
X. H.
Zhang
, H.
Wang
, X. H.
Chen
, L.
Lu
, K.
Lu
, R. G.
Hoagland
, and A.
Misra
, Appl. Phys. Lett.
88
, 173116
(2006
).7.
K.
Lu
, L.
Lu
, and S.
Suresh
, Science
324
, 349
(2009
).8.
W. W.
Jian
, G. M.
Cheng
, W. Z.
Xu
, H.
Yuan
, M. H.
Tsai
, Q. D.
Wang
, C. C.
Koch
, Y. T.
Zhu
, and S. N.
Mathaudhu
, Mater. Res. Lett.
1
, 61
(2013
).9.
W. W.
Jian
, G. M.
Cheng
, W. Z.
Xu
, C. C.
Koch
, Q. D.
Wang
, Y. T.
Zhu
, and S. N.
Mathaudhu
, Appl. Phys. Lett.
103
, 133108
(2013
).10.
X. H.
Zhang
, A.
Misra
, H.
Wang
, T. D.
Shen
, M.
Nastasi
, T. E.
Mitchell
, J. P.
Hirth
, R. G.
Hoagland
, and J. D.
Embury
, Acta Mater.
52
, 995
(2004
).11.
F. Y.
Cao
, P.
Munroe
, Z. F.
Zhou
, and Z. H.
Xie
, Surf. Coat. Technol.
335
, 257
(2018
).12.
X. B.
Feng
, W.
Fu
, J. Y.
Zhang
, J.
Zhao
, J.
Li
, K.
Wu
, G.
Liu
, and J.
Sun
, Scr. Mater.
139
, 71
(2017
).13.
C. L.
Tracy
, S.
Park
, D. R.
Rittman
, S. J.
Zinkle
, H.
Bei
, M.
Lang
, R. C.
Ewing
, and W. L.
Mao
, Nat. Commun.
8
, 15634
(2017
).14.
F.
Zhang
, Y.
Wu
, H. B.
Lou
, Z. D.
Zeng
, V. B.
Prakapenka
, E.
Greenberg
, Y.
Ren
, J. Y.
Yan
, J. S.
Okasinski
, X. J.
Liu
, Y.
Liu
, Q. S.
Zeng
, and Z. P.
Lu
, Nat. Commun.
8
, 15687
(2017
).15.
Q. Y.
Lin
, J. P.
Liu
, X. H.
An
, H.
Wang
, Y.
Zhang
, and X. Z.
Liao
, Mater. Res. Lett.
6
, 236
(2018
).16.
J. S.
Miao
, C. E.
Slone
, T. M.
Smith
, C.
Niu
, H. B.
Bei
, M.
Ghazisaeidi
, G. M.
Pharr
, and M. J.
Mills
, Acta Mater.
132
, 35
(2017
).17.
K. K.
Chawla
and M. A.
Meyers
, Mechanical Behavior of Materials
, 2nd ed. (Prentice Hall
, Cambridge
, 1999
).18.
19.
F.
Ernst
, M. W.
Finnis
, D.
Hofmann
, T.
Muschik
, U.
Schönberger
, U.
Wolf
, and M.
Methfessel
, Phys. Rev. Lett.
69
, 620
(1992
).20.
J. W.
Miao
, T. M.
Guo
, J. F.
Ren
, A. J.
Zhang
, B.
Su
, and J. H.
Meng
, Vacuum
149
, 324
(2018
).21.
K.
Han
, J. P.
Hirth
, and J. D.
Embury
, Acta Mater.
49
, 1537
(2001
).22.
S. F.
Liu
, Y.
Wu
, H. T.
Wang
, J. Y.
He
, J. B.
Liu
, C. X.
Chen
, X. J.
Liu
, H.
Wang
, and Z. P.
Lu
, Intermetallics
93
, 269
(2018
).23.
L. R.
Shaginyan
, J. G.
Han
, V. R.
Shaginyan
, and J.
Musil
, J. Vac. Sci. Technol. A: Vac., Surf., Films
24
, 1083
(2006
).24.
C. N.
Niu
, C. R.
LaRosa
, J. S.
Miao
, M. J.
Mills
, and M.
Ghazisaeidi
, Nat. Commun.
9
, 1363
(2018
).25.
Y.-H.
Zhao
, X.-Z.
Liao
, S.
Cheng
, E.
Ma
, and Y. T.
Zhu
, Adv. Mater.
18
, 2280
(2006
).26.
W. J.
MoberlyChan
, J. J.
Cao
, C. J.
Gilbert
, R. O.
Ritchie
, and L. C.
De Jonghe
, The Cubic—to—Hexagonal Transformation to Toughen SiC in Ceramic Microstructures
(Springer
, 1998
), p. 177
.27.
Z. M.
Li
, K. G.
Pradeep
, Y.
Deng
, D.
Raabe
, and C. C.
Tasan
, Nature
534
, 227
(2016
).28.
W. B.
Liao
, S.
Lan
, L. B.
Gao
, H. T.
Zhang
, S.
Xu
, J.
Song
, X. L.
Wang
, and Y.
Lu
, Thin Solid Films
638
, 383
(2017
).29.
Z. S.
You
, X. Y.
Li
, L. J.
Gui
, Q. H.
Lu
, T.
Zhu
, H. J.
Gao
, and L.
Lu
, Acta Mater.
61
, 217
(2013
).30.
F.
Otto
, A.
Dlouhý
, C.
Somsen
, H. B.
Bei
, G.
Eggeler
, and E. P.
George
, Acta Mater.
61
, 5743
(2013
).31.
Z. H.
Xie
, M.
Hoffman
, P.
Munroe
, A.
Bendavid
, and P. J.
Martin
, Acta Mater.
56
, 852
(2008
).32.
Y. J.
Chen
, T.
Burgess
, X. H.
An
, Y.-W.
Mai
, H. H.
Tan
, J.
Zou
, S. P.
Ringer
, C.
Jagadish
, and X. Z.
Liao
, Nano Lett.
16
, 1911
(2016
).© 2018 Author(s).
2018
Author(s)
You do not currently have access to this content.
