《ACTA MATERIALIA》：Quantification of the atomic-level structures and motifs of short-range order in Cr-Co-Ni alloys
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尽管针对中熵合金（MEA）中化学短程有序（SRO）的研究广泛，但其原子尺度结构与基元（motif）构型仍缺乏定量描述。研究人员提出一种联合先进扫描透射电子显微术（STEM）与基于密度泛函理论（DFT）的人工神经网络加速动力学蒙特卡洛（kMC）化学有序模拟的量化
尽管针对中熵合金（MEA）中化学短程有序（SRO）的研究广泛，但其原子尺度结构与基元（motif）构型仍缺乏定量描述。研究人员提出一种联合先进扫描透射电子显微术（STEM）与基于密度泛函理论（DFT）的人工神经网络加速动力学蒙特卡洛（kMC）化学有序模拟的量化方法，用于两种Cr-Co-Ni中熵合金。结果显示，两种合金均呈现所谓{0 1/2 1}型SRO，由(Co,Ni)?Cr（D1?）、(Co,Ni)?Cr（D0??）与(Co,Ni)?Cr（Pt?Mo型）基元亚胞均匀混合构成。通过与模拟原子坐标生成的成像比对，确定了实验室时间尺度内可达到的最大SRO程度。研究发现SRO以均匀而非异质、无明确畴尺寸的方式形成，据此解释了该合金屈服强度对SRO程度不敏感的现象。所述方法可推广至其他复杂金属体系，尤其适用于组元散射因子相近的材料。
论文解读：Cr-Co-Ni中熵合金化学短程有序原子结构的定量解析
研究背景与问题提出
面心立方（FCC）Cr-Co-Ni中熵合金（MEA）因低温下优异的强度、塑性与韧性备受关注。化学短程有序（SRO，chemical short-range order）被认为普遍存在于高/中熵合金中，并可能影响力学响应。然而，Cr、Co、Ni的原子散射因子（scattering factor）极为接近，传统X射线与电子衍射难以获得可靠超点阵漫散强度；既往报道的1/2{311}与1/3{422}漫散峰，并不对应理论预测的SRO基元，且可能来自薄箔效应与零阶劳厄带relrod假象。原子探针（APT）给出的Warren-Cowley参数极小，与第一近邻偏弱有序不符；间接手段（电阻率、比热、纳米压痕）只能指示不能定量。更关键的是，早期研究对SRO是否提升屈服强度存在矛盾结论。因此，亟需一种可直接成像、可定量、可区分基元构型的原子尺度方法。
研究人员开展的工作与结论意义
研究人员以等原子CrCoNi与含10 at.% Mo的23.4Cr-10Mo-33.3Co-33.3Ni合金为对象，利用Mo的强Z衬度作为“对比增强探针”，结合球差校正高角环形暗场STEM（HAADF-STEM）与基于DFT数据集训练的人工神经网络势（NNP）加速空位扩散kMC模拟，建立从实验图像到模拟图像的基元识别流程，再回推至等原子CrCoNi。论文发表于《ACTA MATERIALIA》。核心结论是：两类合金均形成{0 1/2 1}型SRO，由D1?、D0??、Pt?Mo型三种亚胞基元均匀共生，无明确有序畴边界；实验室时效可达的SRO上限可被模拟标定；均匀统计型SRO解释了屈服强度对有序度不敏感的实验事实。
主要关键技术方法
研究采用两组合金样本（等原子CrCoNi与Mo微合金化Cr-Co-Ni，经均匀化、冷轧再结晶及673 K长时退火）。关键技术包括：四探针电阻率监测SRO演化；[001]带轴原子分辨HAADF-STEM成像与图像漂移校正；基于Z2衬度原理的模拟图像生成；选区电子衍射（SAED）背景剥离与漫散强度分析；以DFT-NNP训练神经网络评估空位跳跃激活能，驱动kMC化学退火模拟；用Warren-Cowley序参量α??^(1)定量第一近邻有序度，并将实验滤波图像与模拟FFT图样匹配以判定基元比例。
研究结果
3.1 (Cr,Mo)CoNi MEA
通过673 K等温退火电阻率演化确认SRO饱和趋势。SAED显示{1 1/2 0}型漫散强度与条纹；经背景扣除后在{1 1/2 0}出现弱漫散峰，并沿{100}、1/3{220}、{110}方向连续分布。HAADF-STEM原始像经阈值滤波保留富Mo原子列，其FFT与SAED漫散特征一致。采用投影势方法连接亮斑，识别出N?M（Pt?Mo型，蓝菱形）、N?M（D0??，黄菱形）、N?M（D1?，红方形）三类基元亚胞，统计占比约0.5、0.34、0.16。结果表明SRO为均匀统计分布，而非纳米级异质畴。
3.2 等原子CrCoNi MEA的基元识别
将Mo合金建立的滤波—构图—匹配流程迁移至等原子CrCoNi，确认其同样以{0 1/2 1}型SRO存在，基元由(Co,Ni)?Cr、 (Co,Ni)?Cr、 (Co,Ni)?Cr三类局域构型混合，空间上均质分布。
3.3 SRO程度上限与模拟对标
kMC模拟覆盖473–1473 K化学退火。将实验图像与不同αCr?Ni模拟构型计算像比对，确定实验室时间尺度内可实现的最大第一近邻有序度：CrCoNi趋于αCr?Ni ≈ ?0.04量级饱和，而非此前APT低估的?0.02。
讨论与结论翻译
讨论指出，传统异质畴模型与衍射假象误导了对CrCoNi SRO的认知；本文均匀基元模型与力学数据自洽：由于有序区无锐利畴界与尺度效应，位错阻力不随SRO程度显著变化，故屈服强度对SRO不敏感。方法学上，Mo对比增强策略与DFT-ANN-kMC联动可推广至散射因子接近的多主元合金。
结论部分：两类Cr-Co-Ni中熵合金的SRO均可定量解析为{0 1/2 1}型结构，由D1?、D0??与Pt?Mo型亚胞基元组成并均匀共生；实验室可达SRO上限由kMC模拟标定；均匀SRO本质揭示了其力学响应弱依赖于有序度的原因。
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