金属顶刊《Acta》：庞大身分合金的晶界相变
导读：在晶界工程的配景下，晶界的相变举动（化学，布局和特性不一连改变）正在引起人们的兴趣。到现在为止，所研究的案例重要涉及元素金属和稀合金体系。本文利用CoCrNi作为CCA来夸大庞大原子间相互作用会影响晶界元素的漫衍并影响相变的机理。作者发觉晶界相变温度对晶界原子构型敏感。与具有雷同团体性子但没有可区分的构成身分的假设参考相比，具有更大原子热漫衍的CCA晶界因为具有更大的热力学驱动力和更快的扩散动力学而更易于变化。该事情在了解晶界和CCA中的要害征象方面迈出庞大一步！
然而，这些研究重要会合在稀二元体系上，在稀二元体系中，偏析引起的布局和能量扰动是有限的。现在对付近来显现的具有高浓度多主元素的庞大浓度合金（CCA）或高/中熵合金（H / MEA）中的GB相变举动知之甚少，据报道，FeMnNiCoCr CCA在GB中表现出三个重要元素的异质偏析，此中Ni和Mn共偏析到某些GB地区，而Cr在其他地区富集。这种多主身分的纳米簇进一步低落了GB的内聚力，并促进了沿GBs的裂纹萌生，从而导致延展性丧失。
CCAs中的原子据有具有高度化学无序性的晶体学晶格位点。但是，多主元素大概会大量地（尤其是在GB中）履历庞大的交互作用，偏析举动的猜测和表征及其对CCA中GB变化的影响具有很大的实践意义。
为了探究这个题目，中科院戴兰宏传授团队选择CrCoNi作为模子研究。这种CCA是一种典范的H / MEA，在情况温度至低温条件下具有精良的机器性能，包罗精良的强度，较大的延展性和较高的断裂韧性。作者发觉晶界相变温度对晶界原子构型敏感。与具有雷同团体性子但没有可区分的构成身分的假设参考相比，具有更大原子热漫衍的CCA晶界因为具有更大的热力学驱动力和更快的扩散动力学而更易于变化。该事情在了解晶界和CCA中的要害征象方面迈出庞大一步！相干研究结果以题“Grain boundary phase transformation in a CrCoNi complex concentrated alloy”颁发在金属顶刊Acta Materialia上论文链接：http://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116786
本文发觉GB能是化学效应与布局效应竞争的效果。增添Ni-Ni对可以因为化学效应而增添GB能量，但因为较小的晶格畸变而低落GB能量。严峻的布局扭曲会导致镍的显着聚拢或分散。
与其他fcc金属雷同，NiCoCr CCA中也存在显着的GB布局变化。变化温度取决于GB设置装备摆设。与假设的纯a原子合金相比，随机原子漫衍的CCA合金具有更大的能量驱动力和更快速的扩散，而纯a原子合金具有雷同的体性子，但没有差别元素的区别。在镍聚类和Co-Cr排序设置装备摆设存在的情形下，CCA GB中的过渡可以明显耽误。
图1。通过DFT盘算的Σ5（210）STGB的能量和原子布局漫衍：（a）GB能量的漫衍（b）化学键与GB能量之间的相干性（c）键长以GB为单元的漫衍（d）半全宽联合长度峰的最大值（FWHM），以GB和体积为单元。图2。MD盘算的Σ5（210）STGB的能量和原子布局漫衍：（a）用于MD模仿的Σ5（210）STGB原子布局模式（b）GB能量的漫衍（c）化学键与GB能量之间的相干性（ d）联合长度峰值的半峰全宽（FWHM），以GB和块为单元。图3。Ni（灰色），Co（蓝色）和Cr（橙色）在Σ5（210）STGB中的安排：（a）以MC / MD模仿温度为函数的GB中的元素分数（b）键长的FWHM为温度的函数（c）通过在100K下通过MC / MD模仿得到的退火GB构型的GB布局的顶视图（d）在GB和本体地区中，随机和100K退火构型的化学对的局部次序参数。
图4。GB随温度的改变：（a）NiCoCr均匀GB（b）NiCoCr随机GB（c）NiCoCr簇GB（d）NiCoCr随机GB在500 K时界限产生一阶相变。
富Cr和贫Ni情况倒霉于GB空地的形成，评释Ni簇状的GB布局更难孕育发生空地来介导GB的扩散。富镍和富铬情况下的空地迁徙比随机溶液情况更难;随机情况中的空地具有较低的激活势垒。我们的阐发综合思量了这两个身分，效果评释，与随机NiCoCr GB相比，含有局部Ni聚类和Co-Cr有序的GB体现出更迟钝的扩散，从而形成了GB相变。
图5。GB过量特性随温度的改变（a）GB多余能量（b）GB过量熵（c）GB过量自由体积（EFV）和（d）GB转换后三个布局的位移矢量。相变肇始温度在（a）中用箭头标志
图8。空地迁徙的能量和途径：（a）CI-NEB盘算的代表性空地迁徙途径（b）迁徙能垒与其化学情况的干系。
图9。空地构型对GB扩散的影响：（ac）具有差别局部情况的GB空地构型（a）富镍（b）随机和（c）富铬；用白色，蓝色，橙色和玄色着色的原子分别表现Ni，Co，Cr和空地。（d）差别构型的扩散系数的Arrhenius图；（e）盘算差别设置装备摆设的扩散有功效量。
