與傳統(tǒng)合金相比，高熵合金因具有嚴重的原子尺度晶格畸變，表現出高強韌、耐輻照、抗斷裂和耐磨性等優(yōu)異的力學性能，在航空航天、核電和化工等重要工業(yè)領域具有巨大應用潛力。然而，傳統(tǒng)的Eshelby平均場方法難以捕捉非均勻晶格畸變，在介觀尺度上尚未闡明“高強度-延展性”背后的物理機制，嚴重阻礙了高熵合金的設計開發(fā)及工業(yè)應用。

采用球差校正掃描透射電子顯微鏡獲得了FeCoCrNiMn高熵合金非均勻晶格應變場，結合微米柱壓縮實驗清楚地證明了非均勻應變場對力學性能的重大作用，發(fā)現了由應變幅值和離散度控制的新的“非均勻晶格應變”強化機制，有別于析出相強化、固溶強化等傳統(tǒng)強化理論。調控材料內在的非均勻晶格應變?yōu)殚_發(fā)先進的嚴重晶格扭曲晶體材料開辟了新的途徑。

通過統(tǒng)計分析原子尺度晶格應變闡明了高熵合金非均勻晶格應變的分形特性，利用隨機場理論將非均勻晶格應變場嵌入連續(xù)介質模型中，開發(fā)了非均勻晶格應變依賴的三維離散位錯動力學方法，發(fā)現了非均勻晶格應變導致多重扭折/割階和多向多重交滑移的不尋常位錯行為，為探明高熵合金高強韌的起源提供了新的視角。

論文第一作者為湖南大學李甲副教授，從事先進合金強韌化建模及模擬研究，自2017年入職以來主持2項國家自然科學基金面上項目和1項湖南省優(yōu)秀青年基金，并以第一及通訊作者在材料力學權威期刊Materials Horizons、Acta Materialia、Journal of the Mechanics and Physics of Solids、International Journal of Plasticity、Nano Letters、Cell Reports Physical Science、Journal of Materials Science Technology等發(fā)表多篇論文。湖南大學陳陽博士和香港城市大學赫全峰博士后為論文共同第一作者。論文通訊作者為湖南大學方棋洪教授和香港城市大學楊勇教授。湖南大學姜潮教授團隊、中南大學劉詠教授團隊等參與了該研究工作。

圖1非均勻晶格應變場的實驗表征和特征分析。

圖2非均勻晶格應變誘發(fā)的非尋常位錯行為。

論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2200607119

參考資料：https://news.hnu.edu.cn/info/1102/31699.htm