最近，CoCrNi中熵合金(MEA)因其獨(dú)特的機(jī)械性能（例如極高的強(qiáng)度-延展性組合）而成為眾多研究的主題。CoCrNi MEAs的優(yōu)異韌性歸因于多種變形機(jī)制的相互作用，例如孿晶，以及部分和完美的位錯(cuò)滑移。目前對MEA變形的理解主要源于對變形微觀結(jié)構(gòu)中缺陷演變的間接分析，其中單個(gè)機(jī)制的貢獻(xiàn)是根據(jù)相關(guān)缺陷結(jié)構(gòu)的相對濃度來評估的。斯坦福大學(xué)在國際頂級期刊《International Journal of Plasticity》上發(fā)表題為“On the deformation behavior of CoCrNi medium entropy alloys: Unraveling mechanistic competition”的文章。

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https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118372

文章認(rèn)為微觀結(jié)構(gòu)變形機(jī)制貢獻(xiàn)應(yīng)反映在總應(yīng)變調(diào)節(jié)的程度上，使用原子模擬方法研究了單軸拉伸下納米晶CoCrNi MEA的機(jī)械響應(yīng)與晶粒尺寸和化學(xué)短程有序(SRO)的關(guān)系。通過利用基于連續(xù)體的運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)，變形機(jī)制貢獻(xiàn)可以直接從應(yīng)變量中解決。研究發(fā)現(xiàn)，在初始加載過程中，部分位錯(cuò)滑移會(huì)發(fā)生變形，這與實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果一致。在持續(xù)加載下，控制變形機(jī)制轉(zhuǎn)變?yōu)閷\晶和完美的位錯(cuò)滑移。此外，發(fā)現(xiàn)對應(yīng)于最大強(qiáng)度的晶粒尺寸在SRO的存在下減小。

圖1a和1b分別顯示了等原子NC CoCrNi MEA的初始和最終結(jié)構(gòu)（即MC-MD模擬前后），平均晶粒尺寸為12nm。在初始結(jié)構(gòu)中沒有化學(xué)短程有序。存在隨機(jī)分布的Ni、Co和Cr原子。在混合MC-MD模擬后獲得的最終結(jié)構(gòu)（圖1b）中，觀察到一定程度的化學(xué)SRO，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。這里應(yīng)該注意的是，SRO的存在是在實(shí)驗(yàn)研究中從衍射和快速傅里葉變換中觀察到的額外漫射點(diǎn)定量確定的透射電子顯微鏡下的圖案。從這些模式中，定性地表明SRO的性質(zhì)是最近相鄰Cr-Cr對被強(qiáng)烈抑制。

圖1 12nm晶粒尺寸NCCoCrNiMEA結(jié)構(gòu)(a)和(b)分別沒有和有SRO（圖中的插圖顯示了一個(gè)小區(qū)域，具有不同原子種類的相應(yīng)分布）。(c)平均Warren-Cowley參數(shù)的條形圖，，對于最終NC結(jié)構(gòu)中的不同原子物種對，在混合MC-MD模擬后獲得。(d)具有和不具有SRO的12nm晶粒尺寸NCMEA結(jié)構(gòu)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如在108s-1應(yīng)變速率下從單軸拉伸MD模擬獲得的（繪制的值是從沿三個(gè)加載獲得的平均值正交方向）。

圖2 總應(yīng)變調(diào)節(jié)的百分比，通過（a）單獨(dú)的變形機(jī)制和（b）描繪的IG機(jī)制，作為施加應(yīng)變的函數(shù)，在具有（實(shí)線）和不具有（虛線）SRO的12nm晶粒尺寸NCCoCrNiMEA結(jié)構(gòu)的單軸拉伸載荷期間

圖3在16%的應(yīng)用應(yīng)變下，使用SRO切割12nm晶粒尺寸的變形NCMEA結(jié)構(gòu)。切片中的原子根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)、變形機(jī)制和vonMises應(yīng)變著色

圖4 (a)流動(dòng)狀態(tài)下單個(gè)變形機(jī)制對總應(yīng)變調(diào)節(jié)的平均百分比，作為具有（實(shí)線）和不具有（虛線）SRO的NCMEA結(jié)構(gòu)的晶粒尺寸的函數(shù)，從應(yīng)變速率為5×10⁸s^-1的單軸拉伸載荷獲得。(b)平均WC參數(shù)的條形圖，在具有不同晶粒尺寸的SRO的NCMEA結(jié)構(gòu)中。(c)具有（實(shí)線）和不具有（虛線）SRO的NCMEA結(jié)構(gòu)中流動(dòng)應(yīng)力隨晶粒尺寸的變化

圖5 在不同的施加應(yīng)變百分比下，通過具有SRO的12nm晶粒尺寸的變形NCMEA結(jié)構(gòu)切片（未顯示彈性變形原子）。切片中的原子根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)和變形機(jī)制著色（GB機(jī)制中的原子根據(jù)vonMises應(yīng)變著色）

在這項(xiàng)工作中，使用大規(guī)模MD模擬研究了NCCoCrNiMEA合金在單軸拉伸下的變形行為。潛在變形機(jī)制對整體應(yīng)變調(diào)節(jié)的貢獻(xiàn)使用后處理運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)進(jìn)行量化，并使用平面斷層能量的估計(jì)進(jìn)行解釋。具體來說，研究了機(jī)械貢獻(xiàn)隨晶粒尺寸和SRO的變化?？偠灾?，這項(xiàng)研究表明根據(jù)應(yīng)變調(diào)節(jié)量，部分位錯(cuò)滑移的貢獻(xiàn)在所有IG變形機(jī)制中是最高的。貢獻(xiàn)在施加應(yīng)變的10%左右達(dá)到峰值，之后趨于減小，這表明部分滑動(dòng)是初始加載期間的主要IG機(jī)制，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。大的局部滑移活動(dòng)歸因于小比率，發(fā)現(xiàn)其值隨著SRO的降低而進(jìn)一步降低。

機(jī)械貢獻(xiàn)隨施加應(yīng)變變化的趨勢表明，在較大的施加應(yīng)變值下，完美位錯(cuò)滑移和孿晶機(jī)制對應(yīng)變調(diào)節(jié)的綜合貢獻(xiàn)應(yīng)該大于部分位錯(cuò)滑移的貢獻(xiàn)。該結(jié)果與實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果部分一致，其中孿晶被列為加載后期的主要變形模式，但是，在此類實(shí)驗(yàn)研究中，其貢獻(xiàn)并未與完美位錯(cuò)滑移直接比較。

還發(fā)現(xiàn)CoCrNiMEA具有更大的比和更小的比純鎳，因此具有更高的孿晶傾向；這種趨勢也反映在MD模擬的變形機(jī)制的相對貢獻(xiàn)中。然而，MD模擬結(jié)果進(jìn)一步表明，在具有SRO的MEA結(jié)構(gòu)中，孿晶比沒有的更明顯。

發(fā)現(xiàn)在具有SRO的NCMEA結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)出最大流變應(yīng)力的晶粒尺寸小于沒有SRO的晶粒尺寸。這一發(fā)現(xiàn)表明，除了增加強(qiáng)度之外，SRO通過降低GB機(jī)制（例如，滑動(dòng)、原子改組等）在所有晶粒尺寸上的貢獻(xiàn)來延遲逆霍爾-佩奇效應(yīng)。因此，在SRO的存在下，發(fā)現(xiàn)GBs控制整體變形的最強(qiáng)晶粒尺寸會(huì)減小。它還驗(yàn)證了一個(gè)重要概念，即NC金屬/合金的最大強(qiáng)度對應(yīng)于晶粒尺寸，其中主要變形機(jī)制從IG轉(zhuǎn)變?yōu)榛?/span>GB的機(jī)制。