導讀：界面在決定雙相層狀微結構的變形行為中起著突出的作用，特別是在層狀高熵合金（HEA）中，由于界面原子結構的固有復雜性。在這里，我們結合了分子動力學、分子靜力學和蒙特卡洛模擬來研究界面晶格畸變（ILD）和界面化學短程有序（ICSRO）對層狀 AlCoCuFeNi HEA 中半相干 fcc/bcc 界面的位錯成核和剪切響應的影響。我們的研究結果表明，ILD 在界面失配中引入了不規則性，主要是在兩相之間適應失配并減少平均界面失配。此外，ICSRO 與單相高熵合金中的化學短程排序不同，Fe/Cu 元素對 bcc 或 fcc 結構構型表現出明顯的偏好，導致顯著的元素分離并進一步減少界面配準。ILD 和 ICSRO 的協同效應破壞了通常在雙金屬系統中觀察到的原始錯配位錯網絡的規律性，使具有大量位錯的局部區域成為首選的位錯成核位點，而不是傳統情況下界面處預期的周期性錯位錯位錯。此外，ILD 和 ICSRO 通過隨機溶質原子和 ICSRO 團簇對滑動路徑的固定作用顯著增強了抗剪切性。我們的結果為以原子復雜性為特征的雙相高熵合金界面的結構-性能關系提供了深刻的見解，從而能夠通過定制其界面特性來開發具有增強機械性能的高熵合金。

界面在決定金屬復合材料的機械性能和變形行為方面起著至關重要的作用，尤其是那些具有雙相層狀微結構的復合材料。隨著長度尺度從微米尺度減少到納米尺度，界面越來越主導機械響應，為位錯成核提供來源，并通過界面滑動促進塑性 .半相干界面常見于共晶、外延層和沉淀材料中，已在單晶系統中得到廣泛研究。例如，Cu-Ag、Cu-Nb和 Mg-Nb具有半相干界面會顯著影響它們的機械性能。原子模擬和界面晶體學都表明，界面介導的塑性主要與界面結構的缺陷相關，即界面位錯網絡，這對于消除兩個成分晶體之間的不相容性是必要的[18]。界面介導的力學行為，包括界面位錯成核和界面剪切，受界面結構的顯著影響，引起了廣泛關注。

雖然對一些傳統雙金屬系統中的界面行為存在基本理解，但高熵合金 （HEA） 的出現為界面工程帶來了新的挑戰和機遇。高熵合金，也稱為多主元素合金，由于其獨特的成分和有前途的機械性能而引起了材料科學界的極大關注 。通過鑄造或增材制造形成雙相層狀結構的 HEA 系統因其非凡的強度-延展性協同作用而特別受到關注。例如，在打印的 AlCoCrFeNi 中觀察由交替的 fcc 和 bcc 納米層組成的雙相納米層結構2.1表現出 ∼1.3 GPa 的高屈服強度和 ∼14% 的高拉伸延展性的特殊組合，超過了其他最先進的增材制造合金 。許多實驗工作證明了界面特性的重要性及其對雙相高熵合金變形行為的影響。例如，在 Al 中的 fcc/bcc 接口的情況下xCoCrFeNi HEA 是一種整體界面強化應力，估計為 ∼ 3.8–4 GPa，比傳統的 fcc/bcc 界面大 ∼ 4 倍 。初步推測，這種差異源于與傳統材料相比，多組分合金中更復雜的局部原子相互作用。

與傳統研究的單晶體系相比，高熵合金通常由 5 種或更多近等原子比例的元素組成。高熵合金中錯綜復雜的原子構型產生了傳統雙金屬系統中不常見的兩個關鍵現象，即晶格畸變 （LD） 和化學短程有序 （CSRO）。這些原子復雜性導致獨特的原子相互作用和排列，從而極大地影響界面失配。此外，界面處成分波動的參與會改變界面能量。通常，高界面能對位錯的成核和滑動產生強大的屏障。雖然簡單成分合金中界面處的位錯成核和剪切滑動機制已被廣泛記錄，但當界面包含 LD 和 CSRO 等原子復雜性時，這些機制無法使用現有的原子模型直接量化。通常，界面截面的表征是通過衍射對比或高分辨率透射電子顯微鏡成像來實現的。然而，這種方法不能準確確定任一相的配合面的原子結構，特別是對于具有原子級組成復雜性的高熵合金。原子模擬通常是使用可靠的電位來探索界面原子結構及其行為 。

在這項工作中，我們結合了分子動力學 （MD）、分子靜力學和蒙特卡洛 （MC） 模擬，從原子角度研究了雙相 AlCoCuFeNi HEA 內 fcc/bcc 半相干界面的位錯成核和剪切滑動。選擇 AlCoCuFeNi HEA 作為模型系統是基于實驗觀察，表明通過調整含 Al HEA系列中的 Al 組成，可以穩定 fcc 或 bcc 結構 [36]。這一特性使其成為探索HEA 中 fcc 和 bcc 相之間的半相干界面的理想選擇。值得注意的是，AlCoCuFeNi 系統具有精確的原子間電位，因此能夠復制實驗研究中提到的相穩定性。構建了不同的仿真模型，系統研究了界面晶格畸變 （ILD） 和界面化學短程有序 （ICSRO） 對界面原子結構、位錯成核和剪切滑動的影響。這項工作旨在為開發具有定制界面特性的高熵合金提供有見地的方向，以提高機械性能。

有關此課題，香港理工大學的學者們進行了深入研究相關研究報告以“Dislocation nucleation and shear sliding at dual-phase high-entropy alloy semi-coherent interface with atomic complexity”發表在Acta Materialia上

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645425004057?via%3Dihub

圖1.雙層模型的描述。（a） fcc/bcc 雙層的 MD 仿真模型。（b）具有 KS 方向關系的 fcc/bcc 界面的放大側向視圖，顯示失配位錯。

圖2.界面原子構型。（一、二）RSS 和 SRO 樣品界面平面的面內原子結構。（c） SRO 樣品界面處不同原子類型的空間排列。界面的原子構型是從 bcc 一側看到的，原子通過共同鄰分析（CNA）方法著色：fcc 結構為綠色，bcc 為藍色，hcp 為紅色，其他結構為白色。（d）（a， b）中虛線箭頭指示的單元沿 x 方向的分布。（e） bcc 站點及其周圍環境的放大視圖;為清楚起見，省略了其他原子。（f）與（e）中的相同位點，其中 Fe 原子為黑色，所有其他原子為綠色以突出偏析。

圖3.（a） RSS 和（b） SRO 界面平面的不同元素對的 Warren-Coley 參數（WCP）。（C-D）用于比較的體單晶 fcc 和 bcc 相的 WCP。（e） SRO 界面，原子根據靜水應力著色。（f）（e）中 SRO 界面的原子靜水應力的統計分布。（g）界面位錯區附近的原子視圖，如（e）中的虛線框所示。（h）與（g）相同的位點，原子根據原子參數σ著色1按 NTA 方法計算。（i）與（g）相同的位置，Fe 原子與其他原子的區別在于黑色。

圖4.樣本的徑向分布函數 g（r）。（一、五）A-atom、（b， f） RSS 和（c， g） SRO。（d， h）樣品的半峰全寬（FWHM） g（r）。（a， e）中的虛線表示未松弛的A 原子樣品的 g（r）。

圖5.松弛的（a） A-atom、（b） RSS 和（c） SRO 接口的 disregistry 向量圖。箭頭的長度表示向量的大小，顏色是根據向量的 x 分量的符號分配的。disregistry 向量以放大倍數 2 顯示，以獲得更好的可視化效果。（e） A-atom、（f） RSS 和（g） SRO 界面的原子結構。原子根據原子參數σ進行著色1通過 Nye 張量分析（NTA）方法計算。（e）中的箭頭指出了 A 原子樣品中代表性原子步驟的位置。沿 x 方向 z = 0 處 disregistry 向量的 x 分量和 z 分量分別顯示在（d）和（h）中。

圖6.（a， b） RSS 和（c， d） SRO 接口的 disregistry 向量的 x 分量和 z 分量與 A-atom 接口的差異。

圖7.（a） A-atom、RSS 和 SRO 樣本的 disregistry 向量值的箱形圖。（二、三）RSS 和 SRO 樣本中 disregistry 向量值分布的元素依賴性。

圖8.沿 x 軸拉伸作用下（a） A 原子、（b） RSS 和（c） SRO 界面處的部分位錯成核特性。透視在 x-z 平面中移動以獲得更好的視圖。原子根據 CNA 方法進行著色，紅色代表 fcc 中的 hcp 結構，白色代表未知（無序）結構，藍色代表 fcc 中的有序結構，橙色代表 bcc 中的有序結構。相應的應力-應變曲線如

圖9.原子體積應變分布及其應變分量這xx對于（a， d） A-atom、（b， e） RSS 和（c， f） SRO 樣本中的接口。紫色箭頭表示界面處的位錯成核位點。

（d-f）所示。

圖10.（a） RSS 和（b） SRO 樣品中原子由局部畸變參數著色的界面原子構型。（c）RSS 和（d） SRO 界面的原子應變分量和局部畸變參數χ的元素分辨相關性。

我們通過原子模擬系統研究了具有 ILD 和 ICSRO 等原子復雜性特征的 fcc/bcc 雙相 AlCoCuFeNi HEA 的界面結構、位錯成核和半相干界面上的界面剪切。我們的主要發現可以總結如下：

(1)ILD 通過部分容納或加劇兩相之間的失配，在界面失配中引入不規則性。在雙相 AlCoCuFeNi HEA 中，部分調節占主導地位，與沒有原子復雜性的界面相比，界面處的平均失調降低。

(2)HEA 中半相干界面處的 ICSRO 與在塊狀單相 HEA 中觀察到的化學短程排序顯著不同。元素之間明顯偏愛 bcc 或 fcc 結構配置，導致明顯的分離。在 AlCoCuFeNi HEA 的情況下，Fe 偏向 bcc 位點及其附近，而Cu 偏向相反的一側。備受推崇的 ICSRO 進一步減少了界面配準。

(3)ILD 和 ICSRO 破壞了原始misfit 位錯網絡的規律性，導致界面 misfit 模式中斷、高度不均勻和不規則。這導致具有大錯位的局部區域在張力下充當新的位位核位點，而不是在典型病例中可預測的界面處周期性錯配位位。成核位點的異質分布與主要受大量脫離影響的局部應力和應變集中區域密切相關。

(4)與傳統的雙金屬系統相比，高熵合金中的界面原子復雜性通過隨機溶質原子和 ICSRO團簇在滑動路徑上的固定效應顯著增強了對界面滑動的抵抗力。