引言

孿生是高熵合金，同時提高強度和延展性的基本機制，但其機理研究仍不明確。因為在室溫和低溫條件下，許多高熵合金機械和熱力學性能是不穩定的，給孿生現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算方法，研究了高熵合金中孿晶的產生原因，解釋了塑性變形機制不適合高熵合金的原因。

成果簡介

近日，瑞典皇家理工學院的 ShuoHuang 和 Levente Vitos，以及韓國浦項科技大學的 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。證明了孿晶是亞穩態面心立方合金的主要變形模式，其分數超過了先前文獻中的上限值。目前金屬可塑性的發展，為優化高熵合金中亞穩態孿晶，調整工程材料的機械響應提供了機會。

相關成果以“Twinning in metastablehigh-entropy alloys”為題發表在 NatureCommunications 上。

圖文導讀

圖 1：室溫下，Fe 80-x Mn x Co 10 C 10 合金的成分與有效勢

壘差（γ(-) SF -γ(-) TW ）的關系圖

圖 2：溫度與有效能壘差（γ(-) SF -γ(-) TW ）的關系圖

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

圖 3：室溫下，Fe 40 Mn 40 Co 10 Cr 10 合金、CrMnFeCoNi合金

和CrCoNi合金的廣義堆垛層錯能量曲線圖

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

圖 4：孿晶的因素與仿射剪切應變函數的關系圖

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

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

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

小結

本文研究了多組分合金的塑性變形，提出了原子級的 MTW 理論。研 究 了 高 強 度、 高 延 展 性 的 Fe 80-x Mn x Co 10 Cr 10 、CrMnFeCoNi 和 CrCoNi 合金。發現孿晶是基本的變形機制。理論和實驗結果表明，在室溫和低溫下，合金的熱力學性能，不適用于塑性模型。孿晶可能是亞穩態面心立方合金的主要變形機制，其孿晶分數超過了已報道的上限。本文發現小的仿射剪切應變，可以進一步放大 MTW 現象。MEAs 和 HEAs 行為可以對孿生誘導可塑性的設計。量子理論有助于了解可塑性，表明在新型多組分合金中，精確控制變形機制是可行的。

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