最近，CoCrNi中熵合金(MEA)因其独特的机械性能（例如极高的强度-延展性组合）而成为众多研究的主题。CoCrNi MEAs的优异韧性归因于多种变形机制的相互作用，例如孪晶，以及部分和完美的位错滑移。目前对MEA变形的理解主要源于对变形微观结构中缺陷演变的间接分析，其中单个机制的贡献是根据相关缺陷结构的相对浓度来评估的。斯坦福大学在国际顶级期刊《International Journal of Plasticity》上发表题为“On the deformation behavior of CoCrNi medium entropy alloys: Unraveling mechanistic competition”的文章。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118372

文章认为微观结构变形机制贡献应反映在总应变调节的程度上，使用原子模拟方法研究了单轴拉伸下纳米晶CoCrNi MEA的机械响应与晶粒尺寸和化学短程有序(SRO)的关系。通过利用基于连续体的运动学指标，变形机制贡献可以直接从应变量中解决。研究发现，在初始加载过程中，部分位错滑移会发生变形，这与实验观察结果一致。在持续加载下，控制变形机制转变为孪晶和完美的位错滑移。此外，发现对应于最大强度的晶粒尺寸在SRO的存在下减小。

图1a和1b分别显示了等原子NC CoCrNi MEA的初始和最终结构（即MC-MD模拟前后），平均晶粒尺寸为12nm。在初始结构中没有化学短程有序。存在随机分布的Ni、Co和Cr原子。在混合MC-MD模拟后获得的最终结构（图1b）中，观察到一定程度的化学SRO，与实验结果一致。这里应该注意的是，SRO的存在是在实验研究中从衍射和快速傅里叶变换中观察到的额外漫射点定量确定的透射电子显微镜下的图案。从这些模式中，定性地表明SRO的性质是最近相邻Cr-Cr对被强烈抑制。

图1 12nm晶粒尺寸NCCoCrNiMEA结构(a)和(b)分别没有和有SRO（图中的插图显示了一个小区域，具有不同原子种类的相应分布）。(c)平均Warren-Cowley参数的条形图，，对于最终NC结构中的不同原子物种对，在混合MC-MD模拟后获得。(d)具有和不具有SRO的12nm晶粒尺寸NCMEA结构的应力-应变曲线，如在108s-1应变速率下从单轴拉伸MD模拟获得的（绘制的值是从沿三个加载获得的平均值正交方向）。

图2 总应变调节的百分比，通过（a）单独的变形机制和（b）描绘的IG机制，作为施加应变的函数，在具有（实线）和不具有（虚线）SRO的12nm晶粒尺寸NCCoCrNiMEA结构的单轴拉伸载荷期间

图3在16%的应用应变下，使用SRO切割12nm晶粒尺寸的变形NCMEA结构。切片中的原子根据晶体结构、变形机制和vonMises应变着色

图4 (a)流动状态下单个变形机制对总应变调节的平均百分比，作为具有（实线）和不具有（虚线）SRO的NCMEA结构的晶粒尺寸的函数，从应变速率为5×10⁸s^-1的单轴拉伸载荷获得。(b)平均WC参数的条形图，在具有不同晶粒尺寸的SRO的NCMEA结构中。(c)具有（实线）和不具有（虚线）SRO的NCMEA结构中流动应力随晶粒尺寸的变化

图5 在不同的施加应变百分比下，通过具有SRO的12nm晶粒尺寸的变形NCMEA结构切片（未显示弹性变形原子）。切片中的原子根据晶体结构和变形机制着色（GB机制中的原子根据vonMises应变着色）

在这项工作中，使用大规模MD模拟研究了NCCoCrNiMEA合金在单轴拉伸下的变形行为。潜在变形机制对整体应变调节的贡献使用后处理运动学指标进行量化，并使用平面断层能量的估计进行解释。具体来说，研究了机械贡献随晶粒尺寸和SRO的变化。总而言之，这项研究表明根据应变调节量，部分位错滑移的贡献在所有IG变形机制中是最高的。贡献在施加应变的10%左右达到峰值，之后趋于减小，这表明部分滑动是初始加载期间的主要IG机制，这与实验结果一致。大的局部滑移活动归因于小比率，发现其值随着SRO的降低而进一步降低。

机械贡献随施加应变变化的趋势表明，在较大的施加应变值下，完美位错滑移和孪晶机制对应变调节的综合贡献应该大于部分位错滑移的贡献。该结果与实验观察结果部分一致，其中孪晶被列为加载后期的主要变形模式，但是，在此类实验研究中，其贡献并未与完美位错滑移直接比较。

还发现CoCrNiMEA具有更大的比和更小的比纯镍，因此具有更高的孪晶倾向；这种趋势也反映在MD模拟的变形机制的相对贡献中。然而，MD模拟结果进一步表明，在具有SRO的MEA结构中，孪晶比没有的更明显。

发现在具有SRO的NCMEA结构中表现出最大流变应力的晶粒尺寸小于没有SRO的晶粒尺寸。这一发现表明，除了增加强度之外，SRO通过降低GB机制（例如，滑动、原子改组等）在所有晶粒尺寸上的贡献来延迟逆霍尔-佩奇效应。因此，在SRO的存在下，发现GBs控制整体变形的最强晶粒尺寸会减小。它还验证了一个重要概念，即NC金属/合金的最大强度对应于晶粒尺寸，其中主要变形机制从IG转变为基于GB的机制。