《Journal of Non-Crystalline Solids》：Shear band dynamics in amorphous high-entropy alloys: Dictated by short-range ordering
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•SRO（短程有序）控制着非晶态高熵合金（HEAs）中的剪切带（SB）形成。•传统的自由体积理论无法解释非晶态HEAs中的SB形成机制。•一个关键的SRO阈值决定了塑性变形模式的转变。引言高熵合金（HEAs）由多种主要元素的近乎等原子混合物组成[[1], [2], [3]]，其稳
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SRO（短程有序）控制着非晶态高熵合金（HEAs）中的剪切带（SB）形成。
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传统的自由体积理论无法解释非晶态HEAs中的SB形成机制。
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一个关键的SRO阈值决定了塑性变形模式的转变。
引言
高熵合金（HEAs）由多种主要元素的近乎等原子混合物组成[[1], [2], [3]]，其稳定性来源于高配置熵，这抑制了金属间作用的发生，并赋予了它们卓越的机械性能[4,5]，包括极高的强度和硬度、出色的断裂韧性和优异的耐磨性[[6], [7], [8], [9]]。这些优异的性能也源于变形过程中的复杂微观结构演变，例如通过应力介导的结构均匀化，从而增强了塑性变形能力[10]。尽管HEAs最初被理想化为随机固溶体（RSS），但越来越多的研究表明，短程有序（SRO）和异质局部原子环境在这些系统中普遍存在，而这些微观结构在控制其变形行为中起着关键作用[[11], [12], [13]]。
尽管SRO对晶体HEAs和中熵合金的机械性能的影响已经得到了相当多的关注[[12], [13], [14], [15], [16]]，但其实际贡献仍是一个持续的争论话题。一些研究认为SRO的影响可以忽略不计[12]，而另一些研究则强调它在增强材料强度和塑性变形中的重要作用[15,16]。然而，关于SRO在非晶态HEAs中的作用的研究更为稀缺，这凸显了进一步研究的迫切需求。非晶态合金具有出色的强度和耐腐蚀性[16,17]，但它们的实际应用却受到剪切带（SBs）导致的灾难性脆性的严重限制[18]。因此，控制SB的动力学是实现非晶体系塑性的核心挑战。长期以来，人们认为SB的形成主要由自由体积含量决定，而自由体积含量又受到淬火速率等加工条件的影响[[19], [20], [21], [22], [23]]。这种观点认为，较高的自由体积促进均匀的塑性流动，而较低的自由体积则导致剪切局部化。然而，这种以自由体积为中心的观点正面临越来越多的挑战。例如，具有相似自由体积水平的合金可能会表现出明显不同的SB动力学行为，这表明还有其他尚未识别的结构因素在起作用。值得注意的是，现在已知SRO是控制晶体HEAs中位错介导的塑性的关键结构特征，它可能是一个重要的候选因素。原子尺度和实验研究表明，局部有序、结构异质性、剪切变形区（STZ）的激活与非晶态金属玻璃中的SB行为之间存在密切联系[24,25]。然而，SRO在非晶态HEAs中的作用仍然基本上未被探索。尽管最近有研究提示了SRO在非晶态HEAs中的影响[26,27]，但SRO结构在非晶态HEAs中的原子级作用仍不为人所充分理解。因此，一个关键问题仍然存在：SRO结构如何影响非晶态HEAs中的SB形成和传播？此外，SRO在SB形成中的作用与自由体积的作用有何关系？在近年来，计算机模拟方法（如分子动力学（MD）和蒙特卡洛（MC）方法在阐明非晶合金的原子尺度变形机制方面显示出了独特的优势[28,29]。在这里，我们采用混合MC/MD模拟来研究SRO结构对非晶态CoNiCrFeMn HEAs的机械行为和SB形成机制的影响。我们系统地比较了具有不同淬火速率和SRO结构的非晶态HEAs的性能和变形机制的差异，并进一步改进了模型以阐明非晶态HEAs中SB的形成机制。我们的结果表明，SB的形成本质上是由SRO的程度决定的，而不是由整体自由体积含量决定的。具体来说，我们确定了一个与SB形成相关的近似Warren-Cowley参数（WCP）转变值，该值与具有不同热历史的直接淬火合金的值非常一致，强烈表明变形机制依赖于SRO。此外，我们发现SRO结构创造了由软相、硬相和界面区域组成的纳米级别的机械异质性，这些区域共同决定了“软相引发、硬相调节”的SB形成机制。这项工作突出了SRO结构作为一个重要的、可调节的结构因素，它影响非晶态CoNiCrFeMn HEAs的变形均匀性，并为调整非晶合金及其他材料的强度-延展性协同作用提供了新的视角。
部分摘录
模型设计与制备
为了研究SRO结构对非晶态HEAs在拉伸载荷下SB形成机制的影响，我们基于CoNiCrFeMn HEAs体系设计了一种多步骤计算方法。
非晶态HEAs的制备：通过“熔融-淬火-复制”过程创建了一个基线非晶态HEA模型，如图1(a)所示。具体来说，一个初始的面心立方Ni晶体（4.92纳米3，10,976个原子）与其它元素合金化，以获得单晶CoNiCrFeMn HEAs。
非晶态HEAs的形成
一般来说，一旦温度降至熔点或液相线温度以下，液体就有自然结晶的倾向[39]。为了获得非晶态HEAs并确保其非晶结构的稳定性，需要使用较高的冷却速率。这种方法可以在晶体形成和随后的生长之前将液体固化。在HEAs的固化过程中，微观结构将发生转变，伴随着...
结论
通过混合MC/MD模拟方法，我们阐明了SRO是非晶态CoNiCrFeMn HEAs中SB形成和机械行为的重要因素。通过系统地比较不同淬火速率下的HEAs与MC/MD设计的SRO_HEAs模型，我们发现SRO的程度（由WCP量化）随着淬火动力学的变化而系统性地演变，并且与变形模式密切相关。具体来说，我们确定了一个近似的WCP阈值（对于Co-Fe约为–0.25）...
CRediT作者贡献声明
W.P. Ma：撰写 – 原始草案，方法论，研究，数据分析。H.Y. Song：撰写 – 审稿与编辑，监督，方法论，研究，数据分析，概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了陕西省自然科学基金（编号：2026JC-YBMS-0446）和西安石友大学研究生创新基金（编号：YCX2513167）的支持。
W.P. Ma|H.Y. Song
