导读：由于高熵合金( HEAs )具有大的化学复杂性和高的结构熵，人们逐渐认识到局部化学有序( LCOs )的存在是高熵合金的共同结构特征。高熵合金中LCOs的形成和表征，以及关于这一主题的挑战在我们之前的观点论文中进行了讨论。本文强调了LCOs对物理和机械性能的显著影响。此外，还将总结和探索如何通过操纵这些LCO来改善性能的努力。显然，本文试图从高熵合金固有的原子尺度结构织构的角度来理解其独特的性质，并最终在其突出的性质和鲜明的结构特征之间建立联系。

高熵合金( HEAs )是由多种主元组合而成，由于其在极端条件下的巨大应用潜力而受到广泛关注。这种革命性的合金设计范式为特定应用提供了调节性能的异常大的成分灵活性，并催生了从高熵合金、高熵钢、高熵磁性材料、高熵金属间化合物到高熵稀土磁热合金等多种先进金属材料。所设计的高熵合金表现出突出的力学和物理性能，包括超过大多数纯金属和合金的超高断裂韧性，与结构陶瓷和一些金属玻璃相当的强度，超导电性和显著的耐腐蚀性。尽管如此，高熵合金中获得独特性质的潜在机制仍远未得到很好的理解，尽管由高组态熵产生的简单效应被广泛传播，即高熵、严重的晶格畸变、缓慢的扩散和鸡尾酒效应。

在凝固过程中，混合的构型熵通常超过化合物形成的焓，并最终稳定固溶体而不是金属间化合物。因此，高熵合金通常具有简单的相组成，其性质很难直接从微观尺度上的结构特征来解释。假设高熵合金中各种类型的组成原子随机分布在晶体学点阵位置，消除了溶质-溶剂的差异。由于(例如,不同的原子尺寸,电子结构,混合焓等。)具有较大的化学复杂性，不可避免地会产生严重的晶格畸变。更复杂的是，在这些成分复杂的固溶体中，哪些组成元素占据了哪些晶格位置仍然是未知的。换句话说，在原子尺度上深入了解高熵合金的内在结构属性是充分理解其独特性质和结构之间关系的前提。

人们在这方面付出了巨大的努力，逐渐形成了一种共识，即局部化学有序( LCO )是研究高熵合金独特性质的重要途径。在具有高组态熵的体系中，LCOs的形成在热力学和动力学上都是有利的，这被认为是高熵合金的共同结构特征。LCOs的形成机理及其实验表征所面临的挑战在我们先前的观点论文中进行了讨论。在这里，我们将重点介绍LCOs的实验表征的最新进展，其次是LCOs的重大影响和增强性能的设计策略。

北京科技大学吕昭平教授团队针对上述问题作了研究，高熵合金中原子的排列并不是理想的无序状态，因为原子半径的多样性和组成元素之间的复杂相互作用通常会导致LCO结构在凝固或热处理过程中形成。就高熵合金中考虑的LCO而言，即使构型熵在相形成的热力学中占主导地位，也需要考虑组分之间的化学相容性（例如，混合焓的影响）。因此，通过添加与组成组分具有强烈化学亲和力的溶质或调整热处理工艺，可以在一定程度上增强化学分布的不均匀性。高熵合金中的LCO是一种常见的缺陷结构，它会产生局部固有属性的变化（例如，堆叠断层能量和势能势垒），从而显着改变位错运动和倍增。在这方面，调节高熵合金中的LCOs为调控高熵合金的物理和力学性能提供了一种新的途径，这应该是该领域的重要研究课题。相关研究成果以“Enhancing properties of high-entropy alloys via manipulation of local chemical ordering”为题，发表在Journal of Materials Science & Technology上。

链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1005030223008435

图1EXAFS谱在Ni、Co和Cr的K边测量，表明在Co Cr Ni MEA中Cr原子与Ni和Co键合良好。

图2通过先进的TEM技术揭示了典型fcc高熵合金中的LCO。Co Cr Fe Mn Ni和Co Cr Fe Ni Pd高熵合金中各元素原子分数的( a , b) Line profile取自各自的EDS图谱；( c ) Co Cr Fe Ni Pd高熵合金中各元素局部浓度分布对比；( d , e)分别为淬火态和时效态Co Cr Ni样品的能量过滤衍射图谱和强度；( f , g)分别为淬火态和时效态Co Cr Ni样品的典型高分辨TEM照片。

图3通过结合多种TEM技术同时解析LCOs的结构和组成信息。( a ) Co Ni V中fcc相以[ 112 ]区为轴的晶格像及对应的FFT花样(插图)。( b , c) Inverse FFT图像显示了局部LCO配置的LCO区域和单位周期。( d )显示元素分布的EDS图谱，表明元素在交替原子平面上的特定富集。( e-g )采用同样的方法得到时效态bcc Ti - Zr - V - Nb - Al高熵合金样品中存在LCO的证据。( h ) Zr - X对的径向分布函数曲线表明存在富Zr - Al的LCO。

图4Co Cr Ni MEA中LCO检测衍射花样的数据挖掘，涉及4个步骤。( a )数据采集，( b )纳米簇检测，( c )模式分组，( d )模板识别和优化。

图5通过3D - APT重建两种具有代表性的bcc HEAs 中OOCs的元素分布和数密度。( a , b)重建了( Ti Zr Hf Nb ) 98O2高熵合金中3.0 at . % O的等值面和相应的成分分布，揭示了OOCs中Ti的过量和Zr的轻微富集。( c、d)在Ti53Zr30Nb14O3中对6.5 at . % O进行等值面重构和聚类分析重构。

图6在( Ti Zr Hf Cu Ni ) 83.3 Co16.7高熵合金中，纳米尺度的局部化学波动诱导了超滞后的马氏体相变。( a )通过APT的代表性局部区域的原子分布，显示出尺寸约为5 nm的化学异质性。( b )马氏体变体随外载荷的演化，表明马氏体的快速生长受到抑制，马氏体变体被限制在纳米尺度内。

多年来，广泛的研究致力于通过使用各种先进的表征方法来解码微观结构和理解高组态熵产生的实际效果，试图在高熵合金的内在结构特征与其独特的性能之间建立稳固的联系。由于高熵合金的化学复杂性(例如,不同的原子尺寸,电负性,混合热等。)和组成元素之间复杂的相互作用，在能量上有利于LCOs的形成，这被证实是高熵合金的内在结构特征。在此，我们简要总结了LCOs对物理和机械性能的影响，并展示了如何通过合金化和/或热机械处理操纵这些局部结构实体来提高整体性能。希望我们的简要综述能够启发有见地的思考，充分认识到高熵合金结构特征的重要性，从而推动该领域的快速发展。