含有三種或三種以上高濃度成分的多主元合金(MPEAs)具有可調的化學近程有序(SRO)。來自美國加州大學爾灣分校等單位的研究人員利用大規模原子模擬探索了CrCoNi合金的Hall-Petch強化極限和變形機制，并揭示了化學有序效應。相關論文以題為“Maximum strength and dislocation patterning in multi–principal element alloys”發表在Science Advances上。

論文鏈接： https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq7433

晶粒細化強化被理解為Hall-Petch效應，可以賦予材料超高的強度。然而，當晶粒尺寸降到十幾納米時，晶界強化被打破，軟化成為主要機制，產生了材料達到最大強度的最強尺寸。經典的Hall-Petch尺度，最初被提出用于純金屬，已經被證明在一類新興的多主元合金(MPEAs)中是有效的。然而，MPEAs中的理想隨機固溶體，可能只有在接近熔點的溫度下才可能存在。隨著溫度的降低，溶質-溶質相互作用和混合焓(焓貢獻)在吉布斯自由能中起主導作用，并導致化學反應的局部有序。在長時間退火的MPEAs中出現了明顯的短期有序(SRO)，并對位錯滑移和力學行為產生了顯著影響。作為MPEAs的一個顯著特征，一個有趣的問題是SRO是否或如何影響最強尺寸、最大強度和潛在的變形機制。

在眾多的MPEA體系中，面心立方(fcc) CrCoNi基合金因其優異的力學性能，包括高強度和延展性而受到廣泛關注。其優越的力學性能源于其較低的堆疊能，有利于機械應變過程中的纏繞和相變。孿晶誘導塑性和轉化誘導塑性，即高級鋼的TWIP和TRIP效應，提供額外的界面硬化并推遲頸縮的發生，有助于增強強度-塑性協同作用。當SRO被設計到材料中時，位錯運動的層錯能(SF)和活化能壘都增加了，這可能改變了位錯滑移路徑，從而改變了形變微觀結構(例如納米孿晶和馬氏體相變)。除了材料的固有性質外，另一個控制晶粒變形微觀結構的參數是其晶體取向，因為它決定了活動滑移系統的形式，如單面滑移、雙面滑移和多面滑移。雖然平面滑移帶、變形納米孿晶和變形六方密排(hcp)結構，在實驗中被廣泛觀察到，但由于在三維體材料應變過程中無法原位跟蹤位錯，理解支撐位錯機制及其與晶粒取向的關系，仍然是一個具有挑戰性的問題。

在此，為了克服這一挑戰，研究者利用fcc CrCoNi合金模型在原子水平上的大規模變形模擬，研究了位錯花樣和變形微觀組織演化的顯著不同特征，主要取決于晶粒取向。SRO的存在顯著提高了巖石的最大強度，降低了斷裂和構造轉變的傾向，同時加劇了平面滑移和應變局域化。變形晶粒表現出明顯不同的微觀結構和位錯花樣，這主要取決于它們的晶體取向和活動滑移面數量。單面滑移晶粒變形誘導結構轉變體積分數最高，雙面滑移晶粒位錯網絡最密集。這些結果促進了對MPEAs中變形機制和位錯模式的基本理解，提出了一種通過同時剪裁晶粒織構和局部化學有序來調整力學行為的機制策略。（文：水生）

圖1 CrCoNi合金的組織與Hall-Petch強化。

圖2 變形微觀組織和局部塑性應變。

圖3 單一活動滑移面的晶粒變形特征與位錯模式。

圖4 雙活動滑移面晶粒變形特征與位錯模式。

圖5 多活動滑移面晶內變形特征與位錯模式。