Nat. Commun.：亚稳高熵合金中的孪晶

【引言】

孪生是高熵合金，同时提高强度和延展性的基本机制，但其机理研究仍不明确。因为在室温和低温条件下，许多高熵合金机械和热力学性能是不稳定的，给孪生现象和其理论模型研究增加了难度。本文采用第一性原理的计算方法，研究了高熵合金中孪晶的产生原因，解释了塑性变形机制不适合高熵合金的原因。

【成果简介】

近日，瑞典皇家理工学院的Shuo Huang和Levente Vitos，以及韩国浦项科技大学的Se Kyun Kwon（共同通讯）作者等人，采用第一性原理的有效能垒计算的方法，揭示了高熵合金中孪晶的起源。证明了孪晶是亚稳态面心立方合金的主要变形模式，其分数超过了先前文献中的上限值。目前金属可塑性的发展，为优化高熵合金中亚稳态孪晶，调整工程材料的机械响应提供了机会。相关成果以“Twinning in metastable high-entropy alloys”为题发表在Nature Communications上。

【图文导读】

图 1 室温下，Fe_80-xMn_xCo₁₀C₁₀合金的成分与有效势垒差（γ(-)_SF-γ(-)_TW）的关系图

图 2 温度与有效能垒差（γ(-)_SF-γ(-)_TW）的关系图

（a）Fe₄₀Mn₄₀Co₁₀Cr₁₀合金的温度与有效能垒差（γ(-)_SF-γ(-)_TW）的关系图；

（b）CrMnFeCoNi合金的温度与有效能垒差（γ(-)_SF-γ(-)_TW）的关系图；

（c）CrCoNi合金的温度与有效能垒差（γ(-)_SF-γ(-)_TW）的关系图。

图 3 室温下，Fe₄₀Mn₄₀Co₁₀Cr₁₀合金、CrMnFeCoNi合金和CrCoNi合金的广义堆垛层错能量曲线图

（a）局部错位的Burgers矢量 图；

（b）有效能垒差（γ(-)_SF-γ(-)_TW）的仿射剪切应变的函数。

图 4 孪晶的因素与仿射剪切应变函数的关系图

（a）三种温度下，Fe₄₀Mn₄₀Co₁₀Cr₁₀合金的（γ_isf/2-σ^*）和（δ-σ^*）的应变依赖性图；

（b）三种温度下，CrMnFeCoNi合金的（γ_isf/2-σ^*）和（δ-σ^*）的应变依赖性图；

（c）三种温度下，CrCoNi合金的（γ_isf/2-σ^*）和（δ-σ^*）的应变依赖性图。

图 5 Fe₄₀Mn₄₀Co₁₀Cr₁₀合金的本征堆垛层错能（γ_isf）的变形模式图

（a）在100到500 K之间，三种仿射剪切应变的有效能垒差异图；

（b）Fe₄₀Mn₄₀Co₁₀Cr₁₀合金理论数据的变形模式示意图。

【小结】

本文研究了多组分合金的塑性变形，提出了原子级的MTW理论。研究了高强度、高延展性的Fe_80-xMn_xCo₁₀Cr₁₀、CrMnFeCoNi和CrCoNi合金。发现孪晶是基本的变形机制。理论和实验结果表明，在室温和低温下，合金的热力学性能，不适用于塑性模型。孪晶可能是亚稳态面心立方合金的主要变形机制，其孪晶分数超过了已报道的上限。本文发现小的仿射剪切应变，可以进一步放大MTW现象。MEAs和HEAs行为可以对孪生诱导可塑性的设计。量子理论有助于了解可塑性，表明在新型多组分合金中，精确控制变形机制是可行的。

文献链接：Twinning in metastable high-entropy alloys（Nat. Commun., 2018, DOI: 10.1038/s41467-018-04780-x）。

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