引言

孿生是高熵合金，同時(shí)提高強(qiáng)度和延展性的基本機(jī)制，但其機(jī)理研究仍不明確。因?yàn)樵谑覝睾偷蜏貤l件下，許多高熵合金機(jī)械和熱力學(xué)性能是不穩(wěn)定的，給孿生現(xiàn)象和其理論模型研究增加了難度。本文采用第一性原理的計(jì)算方法，研究了高熵合金中孿晶的產(chǎn)生原因，解釋了塑性變形機(jī)制不適合高熵合金的原因。

成果簡(jiǎn)介

近日，瑞典皇家理工學(xué)院的 ShuoHuang 和 Levente Vitos，以及韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)的 Se Kyun Kwon（共同通訊）作者等人，采用第一性原理的有效能壘計(jì)算的方法，揭示了高熵合金中孿晶的起源。證明了孿晶是亞穩(wěn)態(tài)面心立方合金的主要變形模式，其分?jǐn)?shù)超過了先前文獻(xiàn)中的上限值。目前金屬可塑性的發(fā)展，為優(yōu)化高熵合金中亞穩(wěn)態(tài)孿晶，調(diào)整工程材料的機(jī)械響應(yīng)提供了機(jī)會(huì)。

相關(guān)成果以“Twinning in metastablehigh-entropy alloys”為題發(fā)表在 NatureCommunications 上。

圖文導(dǎo)讀

圖 1：室溫下，F(xiàn)e 80-x Mn x Co 10 C 10 合金的成分與有效勢(shì)

壘差（γ(-) SF -γ(-) TW ）的關(guān)系圖

圖 2：溫度與有效能壘差（γ(-) SF -γ(-) TW ）的關(guān)系圖

（a）Fe 40 Mn 40 Co 10 Cr 10 合金的溫度與有效能壘差（γ（-） SF -γ（-） TW ）的關(guān)系圖；（b）CrMnFeCoNi 合金的溫度與有效能壘差（γ（-） SF -γ（-） TW ）的關(guān)系圖；（c）CrCoNi 合金的溫度與有效能壘差（γ（-） SF -γ（-） TW ）的關(guān)系圖。

圖 3：室溫下，F(xiàn)e 40 Mn 40 Co 10 Cr 10 合金、CrMnFeCoNi合金

和CrCoNi合金的廣義堆垛層錯(cuò)能量曲線圖

（a）局部錯(cuò)位的 Burgers 矢量 圖；（b）有效能壘差（γ（-） SF -γ（-）TW ）的仿射剪切應(yīng)變的函數(shù)。

圖 4：孿晶的因素與仿射剪切應(yīng)變函數(shù)的關(guān)系圖

（a）三種溫度下，F(xiàn)e 40 Mn 40 Co 10 Cr 10合金的（γ isf /2-σ * ）和（δ-σ * ）的應(yīng)變依賴性圖；（b）三種溫度下，CrMnFeCoNi 合金的（γ isf /2-σ * ）和（δ-σ * ）的應(yīng)變依賴性圖；（c）三種溫度下，CrCoNi 合金的（γ isf /2-σ * ）和（δ-σ * ）的應(yīng)變依賴性圖。

圖 5：Fe 40 Mn 40 Co 10 Cr 10 合金的本征堆垛層錯(cuò)能（γ isf ）的變形模式圖

（a）在 100 到 500K 之間，三種仿射剪切應(yīng)變的有效能壘差異圖；（b）Fe 40 Mn 40 Co 10 Cr 10 合金理論數(shù)據(jù)的變形模式示意圖。

小結(jié)

本文研究了多組分合金的塑性變形，提出了原子級(jí)的 MTW 理論。研 究 了 高 強(qiáng) 度、 高 延 展 性 的 Fe 80-x Mn x Co 10 Cr 10 、CrMnFeCoNi 和 CrCoNi 合金。發(fā)現(xiàn)孿晶是基本的變形機(jī)制。理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在室溫和低溫下，合金的熱力學(xué)性能，不適用于塑性模型。孿晶可能是亞穩(wěn)態(tài)面心立方合金的主要變形機(jī)制，其孿晶分?jǐn)?shù)超過了已報(bào)道的上限。本文發(fā)現(xiàn)小的仿射剪切應(yīng)變，可以進(jìn)一步放大 MTW 現(xiàn)象。MEAs 和 HEAs 行為可以對(duì)孿生誘導(dǎo)可塑性的設(shè)計(jì)。量子理論有助于了解可塑性，表明在新型多組分合金中，精確控制變形機(jī)制是可行的。

文獻(xiàn)鏈接：Twinning in metastable high-entropy alloys（Nat.Commun.,2018,DOI:10.1038/s41467-018-04780-x）。