隨著單相多組分固溶體合金的成功合成，相關問題的研究正在快速發展并面臨更多挑戰。盡管高熵合金(HEAs)領域具有許多新發現，但也存在無法解釋的結果、激烈的爭議和新的基本問題。因此，提出了各種經驗熱物理參數來預測單相多組分固溶體合金的形成，包括理想的構型熵、液相中的混合焓、擴展的休謨—羅瑟里定則，以及兩種固體的自由能(焓和熵)比較。由于成功地形成了單相固溶體CoCrFeMnNi合金，多年來，大多數關于單相多組分固溶體合金的研究都集中在設定的成分上，即等摩爾或接近等摩爾的成分。對于等摩爾組成，吉布斯自由能實際上在正解模型下是最低的，因為在理想摩爾構型熵下混合熵是最大的。然而，根據名義成分計算的熵是不準確的，將合金定義為根據標準成分計算的高、中和低熵是不合適的。

中國臺灣成功大學的研究人員從不同維度評估一些標準，并提出多組分固溶體合金的機制，以及關于相穩定性的替代解釋新標準。相關論文以題為“New mechanism and criterion for forming multi-component solid-solution alloys”發表在Scripta Materialia。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114128

根據固溶體拓撲不穩定性理論，溶解度極限是由基體的局部拓撲不穩定性決定的，而不是由溶質決定的。然而對于多組分合金，所有元素都被認為是溶質。考慮多組分合金局部拓撲不穩定性的方法可以提出合理化方法如下：由于壓力的局部波動直接影響局部配位數(CN)，因此相關的拓撲變化是局部CN的變化。將相鄰的每個元素視為晶格類型單元格中的一個單元，可以想象與中心元素不同的不同配位元素作為溶質來替代單元中與中心元素相同的配位元素，進而計算鍵能和應變的差異。鍵能和應變的所有單位的總和可能比現有的Hmixing和半徑差計算更可靠，可用作標準。鍵能差變得更負并且保持盡可能小的應變有利于穩定單相固溶體。Hmixing可以通過第一相鄰原子對之間的鍵能相加來計算。

圖片圖1 納米晶核由顆粒內、近表層和表面組成

雖然現有標準可用于預測單相單相多組分固溶體合金的發展，但相關機制尚未闡明。本文提出一個模型來解釋有關多組分合金為何要形成單相或多相固溶體的機制。基于多組分系統的固態相平衡，多組分合金通常涉及多個相，包括單相固溶體、多相固溶體、金屬間化合物以及給定溫度下的組合。進一步指出單相多組分固溶體合金在恒定溫度下的相位穩定性通過最小化系統的吉布斯自由能來確定溫度和壓力。

在設定的單相多組分固溶體合金成分中，每種元素可能無法100%溶解，因此將發生自偏析。由于溶解度極限隨著溫度的降低而降低，偏析元素的量將隨著溫度的降低而增加。隨著元素偏析到晶界，晶界成分將發生變化。這種改變的晶界成分可能有利于第二相的形成，這得到了不同相的證據的支持。

因此，這可以更合理地解釋CoCrFeMnNi合金中觀察到的結果：在700℃時形成一個相，但在500℃時形成三個相，這僅發生在晶界處。此外，兩個晶粒之間的晶界成分可能不同，這會引起兩個晶粒之間通過晶界的相互擴散。這反過來又會改變晶界成分，進一步促進第二相的發展。本文為不同溫度退火的CoCrFeMnNi合金的相穩定性提供了更合理的解釋，提出了單相多組分固溶體合金發展的新機制。（文：破風）