華南理工大學土木與交通學院教授姚小虎團隊聯合太原理工大學教授王志華、美國加州大學聖芭芭拉分校教授Irene J. Beyerlein團隊，揭示區域性化學漲落對多主元合金動態力學響應的影響。相關研究近日線上發表於《材料學報》。
多主元合金利用多種元素帶來的較高的構型熵、晶格畸變和遲滯擴散等效應，突破了傳統合金的設計思路，在抗腐蝕、抗疲勞以及高壓高應變的極端環境中表現出較優異的效能。由多主元合金內部化學成分漲落引起的晶格畸變和化學短程式，是這類新型合金的典型特徵之一，且對於缺陷演化和材料失效有重要的影響。
姚小虎團隊此前已透過恆定應變速率下的原子模擬，證實了局部化學漲落對中熵合金缺陷演化的重要影響，並與準靜態實驗結果進行了對比。然而，它們在衝擊載荷下對材料變形和層裂機制的作用尚待研究。由於區域性化學漲落的影響範圍在奈米量級，實驗上對晶格畸變和化學短程式在動態載入中的原位表徵很難實現，大尺度分子動力學模擬在預測和闡明它們對動態響應的影響和相應機理方面有獨特的優勢。
研究人員透過原子模擬和晶體結構分析手段，對晶格畸變和化學短程式在衝擊載入下不同變形階段的作用、各階段之間變形機制的相關性以及由此引發的層裂破壞機理進行探討。研究揭示了晶格畸變導致中熵合金的雨貢紐彈性極限表現出異常的各向異性。此外，晶格畸變可以透過減緩位錯滑移而提高孿晶形成的可能性。在層裂階段，化學短程式誘發的晶格失配引起較大的區域性拉伸應變，導致孔洞傾向於在相應區域形核。孔洞的成核與擴充套件與區域性微觀結構密切相關。
該研究工作使用混合蒙特卡洛/分子動力學方法以及大規模的分子動力學模擬，以晶格畸變和化學短程式作為切入點，對單晶和多晶CoCrNi在衝擊載入下的力學行為、缺陷演化和層裂破壞特徵進行了研究。
該研究有助於透過調控多主元合金的區域性化學環境，改善其在極端條件下的力學效能。
該研究工作得到國家自然科學基金傑出青年基金和麵上專案基金的支援。華南理工大學博士生謝卓成為該論文第一作者，合作者包括美國加州大學聖芭芭拉分校博士生簡武榮（共同通訊作者）、博士Shuozhi Xu，以及華南理工大學教授張曉晴。
相關論文資訊：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117380
