在過去的二十年里，由于其出色的機械性能，高熵合金（HEA）引起了極大的關(guān)注。特別是對于一些極端荷載應(yīng)用，如空間探索、液化氣體儲存、超導(dǎo)裝置和核反應(yīng)堆等，高濃縮液量在許多工業(yè)領(lǐng)域都表現(xiàn)出了巨大的前景。例如，在低溫溫度下，許多實驗結(jié)果表明，與傳統(tǒng)金屬和合金相比，具有面心立方（FCC）晶體結(jié)構(gòu)的HEA表現(xiàn)出優(yōu)異的延展性和斷裂韌性。HEA的出色延展性歸功于良好的位錯存儲能力，因此具有很強的應(yīng)變硬化，這使它們能夠保持均勻的塑性變形。此外，低溫溫度下更高的強度有助于激活大量的變形孿晶，這進(jìn)一步促進(jìn)了位錯的儲存。Gludovatz等人首先揭示了液氮溫度（LNT）下從位錯滑移到變形孿生的轉(zhuǎn)變，介紹了連續(xù)穩(wěn)定的應(yīng)變硬化。強大的硬化能力可以有效地抑制局部可塑性，從而提高耐損傷性。除了硬化效應(yīng)外，納米孿橋還阻礙了裂紋的傳播，甚至充當(dāng)裂紋表面之間的納米橋梁，以延遲斷裂。除了變形孿生外，原位低溫TEM應(yīng)變實驗進(jìn)一步揭示了多種可塑性機制的并發(fā)操作，如交叉滑移、與位錯和晶界相互作用相關(guān)的多滑動，可以進(jìn)行這些HEA的強度和延展性的顯著組合。此外，對于FCC HEAs，當(dāng)在低溫溫度下施加足夠大的應(yīng)變時，在孿晶界還出現(xiàn)了一些六角形封閉（HCP）層壓板。它們被認(rèn)為是非共面位錯的有效障礙，也提高了硬化能力。

除了溫度外，應(yīng)變率是影響材料機械性能的另一個主要因素。在低溫溫度下，持續(xù)的塑料流動通常需要增加施加應(yīng)力，同樣，在高應(yīng)變率下，FCC HEA的正應(yīng)變率敏感性可以顯著增強強度。因此，動態(tài)加載還促進(jìn)了大規(guī)模堆疊故障（SF）、納米孿生和相變?yōu)?/span>HCP層的出現(xiàn)。我們之前的工作表明，SF的相互作用導(dǎo)致的Lomer-Cottrell（L-C）位錯鎖為強應(yīng)變硬化做出了巨大貢獻(xiàn)。眾所周知，更強的硬化能力通常是來自這些平面缺陷或鎖對位錯滑翔的阻礙作用。與此同時，由于原子尺度的短程團(tuán)簇位錯的聲子拖曳效應(yīng)，FCC HEA經(jīng)常表現(xiàn)出顯著的應(yīng)變率敏感性。因此，隨著加載速度的提高，FCC HEA經(jīng)常同時表現(xiàn)出強度和延展性的增強，人們認(rèn)為它們具有維持動態(tài)負(fù)載的出色能力，這主要是由于出色的應(yīng)變硬化和適度的熱軟化。在更極端的加載條件下，例如液氦溫度下的動態(tài)撞擊，據(jù)報道，大量次生孿晶不斷嵌入中熵合金（CrCoNi）的初級孿晶中，因此多階納米孿晶之間的相互作用成為另一種有效的硬化機制。此外，在某些含有超密集納米雙胍的區(qū)域，局部變形帶似乎具有更大的可塑性，這意味著納米孿晶可能已經(jīng)達(dá)到了調(diào)節(jié)變形的最大能力。與此同時，局部帶前部的雙邊界也阻礙了它們的傳播，這也促成了這種合金的另一種有效硬化機制。

到目前為止，對于FCC HEA來說，非凡的機械性能通常歸因于變形孿晶的發(fā)生或在低溫溫度或動態(tài)載荷下的伴隨相變。當(dāng)在低溫沖擊條件下加載時，一些局部帶發(fā)生在孿生區(qū)域內(nèi)，以進(jìn)一步適應(yīng)可塑性和耗散施加的機械能。這讓人懷疑這些FCC HEA中是否存在更多新的機制來增強可塑性和硬化能力。最近，對于具有超高強度的等原子Cantor合金，進(jìn)行了動態(tài)強迫剪切變形，以研究其可塑性機制。實驗結(jié)果表明，晶體到無定形的過渡發(fā)生在超密集SF和納米孿生沿著{111}平面坐標(biāo)傳播的高度變形區(qū)域。這種非晶變過渡為消散施加的應(yīng)變能量提供了新的途徑，并有效地釋放了在六邊形包的交匯處形成的大應(yīng)力。因此，這種先進(jìn)的HEA比大多數(shù)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料具有更高的應(yīng)變能量吸收。事實上，這些非晶相位也存在于雙孿生交點的第四級HEA中，那里的缺陷在很大程度上是高壓和剪切應(yīng)力下積累的。這意味著非晶變過渡和晶體缺陷（如固有SF和納米孿生）之間存在一定的相關(guān)性。扭曲的六島嶼或擴(kuò)展帶的前體。此外，在這種康托爾HEA的原位應(yīng)變過程中，FCC非晶躍遷也被捕獲到高集中應(yīng)力的裂紋尖端。它被歸因于高晶格摩擦和晶界抗位錯滑翔造成的超高位錯密度。錯位的積累對于促進(jìn)非晶過渡至關(guān)重要，在不同的變形模式下，應(yīng)該有各種潛在機制來產(chǎn)生極高的位錯密度。盡管如此，完全理解非晶位點或帶在復(fù)雜變形狀態(tài)下對機械行為的影響還是很難的。

在此，西北工業(yè)大學(xué)科研團(tuán)隊在低至77K的溫度下對單相FCC HEA進(jìn)行動態(tài)單軸張力，以研究其在極端荷載下的機械響應(yīng)和相應(yīng)的機制。更惡劣的荷載條件可以促進(jìn)該HEA中更復(fù)雜的機制，以保持更高的強度和更好的可塑性。在大型擴(kuò)展應(yīng)變中，可以激活一些新的機制來進(jìn)一步提高其硬化和塑性能力，包括由去孿生引起的局部化變形帶，色散納米體中心立方（BCC）相的發(fā)生，以及與位錯密度迅速增加導(dǎo)致的嚴(yán)重晶格變形相關(guān)的進(jìn)一步非晶變過渡。簡而言之，這項研究強調(diào)了一種新的非晶化過渡過程，從FCC到BCC的優(yōu)先相變開始。納米級BCC相附近新位錯源的激活促進(jìn)了位錯的糾纏和積累，最終導(dǎo)致沿剪切方向的變形。相關(guān)研究成果以題“Abnormal hardening and amorphization in an FCC high entropy alloy under extreme uniaxial tension”發(fā)表在International Journal of Plasticity上。

鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2022.103463

總之，我們通過深入的微觀觀察和原子模擬，充分揭示了這種HEA的可塑性和硬化機制，特別是一些以納米級相或非晶形式的獨特相變，這些相變在極端加載條件下作為塑性變形的替代途徑。這些發(fā)現(xiàn)為難以變形環(huán)境中材料的塑性變形提供了物理見解。隨著研究更惡劣的環(huán)境，包括在某些普通條件下或可塑性早期階段的位錯、堆疊故障和納米孿晶，高應(yīng)變率或低溫溫度對觸發(fā)復(fù)雜塑性機制的協(xié)同效應(yīng)。一般來說，這些機制一起工作，在張力變形期間可以實現(xiàn)長期的穩(wěn)定可塑性。這主要是由于更嚴(yán)格的加載條件導(dǎo)致壓力水平更高。