高熵合金新材料的机制、模拟与预测

高熵合金（HEAs）材料应用前景广阔，学界对其兴趣浓厚而持续，尽管大多数HEA的元素比例相等或近等，但其性能在该比例下并非最佳。为了改善特定HEAs的性能，拓展其应用，必须探索合金原子组分、单元素对HEA性能的影响，阐明有关的物理冶金机制，以便高效地设计合金。遗憾的是相关机制（如在低温下的迟滞扩散效应和微孪晶的形成）大多至今尚未阐明。来自韩国浦项科技大学李秉珠领导的研究小组，采用各种模拟技术（蒙特卡洛方法、分子动力学和分子静力学）研究了原子在一系列无序高熵合金中的运动，探讨了各元素对等原子比例的经典合金CoCrFeMnNi固溶度的影响。他们发现，具有高迁移势垒、能量稳定的大量晶格空穴存在于HEA中，且导致了动力学上的迟滞扩散效应；而在低温下，六方密堆积结构的能量更为稳定，是微孪晶形成的根本原因。模拟结果很好地预测了合金效应中的临界分切应力，进而通过调整元素比例设计出了一种性能更好的高熵合金。这种高熵合金设计的计算方法，既可帮助开发更为复杂的合金，又能实现更好的性能。