近日，湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院胡望宇教授團隊在傳統(tǒng)金屬材料領(lǐng)域著名期刊《Acta Materialia》（IF=7.293）上發(fā)表了題為“Enhanced Radiation Tolerance of the Ni-Co-Cr-Fe High-entropy Alloy as Revealed from Primary Damage”的研究論文。該論文采用分子動力學(xué)方法模擬了NiCoCrFe高熵合金（HEA）和純Ni在輻照誘導(dǎo)后的原子離位級聯(lián)過程，通過對比兩者的輻照缺陷生成及演化規(guī)律獲得了NiCoCrFe HEA的抗輻照損傷微觀機制。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.06.027

高熵合金材料（HEAs）因其優(yōu)異的機械性能而受到廣泛關(guān)注，近年來，國際上提出其可作為聚變堆的候選材料之一。研究發(fā)現(xiàn)，不同于傳統(tǒng)合金材料，早在輻照初始階段HEAs的缺陷生長便受到抑制，最新研究表明HEAs的輻照缺陷演變規(guī)律較為復(fù)雜，相關(guān)抗輻照機制仍不明確。目前，由于試驗樣品制備耗資大、性能表征耗時長、高能輻照源稀缺等一系列問題，嚴(yán)重阻礙了實驗對HEAs材料抗輻照性能的研究。模擬計算可從微觀尺度上模擬輻照初始階段的級聯(lián)碰撞、缺陷生長及演化，是研究輻照損傷機理的有效方法之一。

NiCoCrFe HEA與純Ni輻照損傷結(jié)果與機理示意圖

論文采用不同能量的初級離位原子（PKA）對完整FCC結(jié)構(gòu)的NiCoCrFe HEA和純Ni進行離位級聯(lián)碰撞，研究發(fā)現(xiàn)NiCoCrFe HEA在熱峰處生成了比Ni更多的離位原子，但在級聯(lián)結(jié)束后殘余更少的缺陷。隨著PKA能量的增大，兩種材料中間隙和空位團簇的尺寸或數(shù)量均有所增加，但NiCoCrFe HEA中缺陷的增長更為緩慢。

這種缺陷的延遲增長源自NiCoCrFe HEA中較高的缺陷復(fù)合率，主要與以下兩方面機理有關(guān)。1、HEAs中較強的熱峰和較低的熱導(dǎo)率延緩了其熱耗散從而增加了缺陷復(fù)合率；2、NiCoCrFe HEA中較小的間隙團簇形成能導(dǎo)致了其較為緩慢的間隙團簇行為。

該研究成果受國家自然科學(xué)基金和國家磁約束核聚變能發(fā)展研究專項等項目的資助。該論文以湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院為第一單位，博士研究生林也平為第一作者，鄧輝球教授和密歇根大學(xué)高飛教授為共同通訊作者。