晶体/非晶高熵合金力学性能提升策略：基于相体积分数与非晶层厚度的协同调控机制

本研究针对高熵合金(HEAs)中晶体/非晶(A/C)双相结构的力学性能调控难题，通过原子尺度模拟揭示了面心立方(FCC)相体积分数(β)与非晶层厚度(d)对CoCrFeMnNi HEA塑性变形机制的协同作用。研究发现：当d较大时，非晶相中剪切转变区增殖和均匀剪切带形成会削弱β的影响；而引入1 nm非晶边界可显著提升多晶HEAs的杨氏模量和流动行为。该工作为设计高性能双相HEAs提供了理论依据。

　　

在材料科学领域，高熵合金(High-entropy alloys, HEAs)因其独特的"鸡尾酒效应"成为研究热点。传统HEAs通常以单一晶体结构（如FCC、BCC或HCP）存在，但近年来，科学家们发现通过引入非晶相构建晶体/非晶(A/C)双相结构，可突破"强度-塑性倒置"的瓶颈。然而，这种双相结构的强化-增韧机制仍存在两大谜团：一是非晶相厚度(d)与晶体相体积分数(β)如何协同影响力学行为？二是不同晶体结构（如FCC与HCP）相变在变形过程中扮演何种角色？

陕西某研究团队在《Materials Today Communications》发表的工作，通过精妙的分子动力学(MD)模拟给出了答案。研究人员选择经典的CoCrFeMnNi五元HEAs体系，构建了包含不同FCC相分数(β)和非晶层厚度(d)的A/C双相模型。借助LAMMPS软件平台，系统研究了这些参数对材料力学性能和变形机制的影响规律。

关键技术方法
研究采用磁控溅射实验数据构建原子模型，通过大规模原子/分子并行模拟器(LAMMPS)实现原子尺度计算。主要技术路线包括：1) 建立具有<>¹
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、晶向的单晶FCC/HCP模型；2) 调控β值(0-100%)和d值(0.5-2 nm)构建系列A/C双相结构；3) 通过虚拟拉伸实验获取应力-应变曲线，并结合位错分析和相变追踪揭示微观机制。

研究结果

应力-应变行为
应力-应变曲线显示：所有样品均经历弹性阶段后发生屈服。峰值应力随β增加而降低，但当d≥1 nm时，β的影响显著减弱。特别值得注意的是，d=1 nm的非晶边界使多晶HEAs的杨氏模量提升23%，流动应力提高18%。

变形机制演化
在低β样品中，HCP→FCC相变和晶粒重取向主导变形过程；而高β样品则以FCC→HCP相变和变形孪生为主要机制。非晶相通过两个途径增强性能：一是延迟位错形核和发射，二是稳定晶粒结构。当d较大时，非晶相中剪切转变区(STZs)的增殖和均匀剪切带形成，有效分散了局部应变。

相变协同效应
FCC/HCP相分数变化会显著改变位错运动路径：β<50%时，位错主要在FCC相中滑移；β>50%时，HCP相通过阻碍位错运动提升强度。这种相变诱导的强化效果在局部应变超过30%时尤为明显。

结论与意义
该研究首次阐明了A/C双相HEAs中β与d的协同作用规律：1) 非晶相厚度达临界值(1 nm)时可屏蔽晶体相分数的影响；2) FCC/HCP相变与位错-孪晶竞争构成多尺度强化机制；3) 设计的"纳米非晶边界"策略能同时提升模量和塑性。这些发现不仅解释了Wu等报道的CrCoNi-Fe-Si-B纳米复合材料为何能达到G/24的超高屈服强度，也为开发新一代高性能HEAs提供了理论指导——通过精确调控非晶/晶界比例和晶体相构型，有望实现"鱼与熊掌兼得"的力学性能突破。