新模型—成分隨機性對高強合金強度的影響
【引言】
高熵合金通常希望具有高強度，高延展性，以及高斷裂強度等性能的組合。而其結構與高熵合金設計有密切的關系，通過建立結構與力學性能的關系進而進行高熵合金的設計。目前，大多數有關強度的模型都基于經典固溶強度理論—Labusch模型。然而Labusch模型存在兩個問題沒有解決：一是基于溶質原子的尺寸失配與系數失配導致的彈性相互作用，溶質原子與位錯的相互作用并不能解釋溶質原子與位錯核心的關系；二是雖然元素短程有序影響高熵合金的強度，但不應考慮進溶質強度理論模型。
【成果簡介】
今日，香港科技大學Xiang?Yang 與香港城市大學David J.Srolovitz（共同通訊作者）在Acta Materialia上發表題為“The Effect of Randomness on the Strength of High-Entropy Alloys”的文章。研究人員提出隨機Peierls-Nabarro模型理解隨機占位對本質強度的影響。隨機PN模型模型包括在位錯滑移方向和沿位錯線方向上的非均勻成分分布的影響，并考慮了組成中的隨機性，其特征在于晶面間電位擾動的標準偏差和空間組成分布內的相關長度。該模型預測HEAs的內在強度作為標準偏差和隨機性的相關長度的函數，并發現與純金屬組合的高熵合金相比，成分隨機更有利于本質強度。第一作者為香港科技大學Zhang Luchan
【圖文導讀】
圖一 標準化位錯核心尺寸概率分布
ζ ?為位錯核心尺寸；Δ=0時，函數對應經典PN模型核心尺寸；隨著晶面間電位振幅隨機性的標準偏差增加，位錯核心尺寸減小，而平均值增加。
圖二 位錯在外加應力下的分布
(a) 位錯在施加的應力下移動的平均距離；Δ>0時，對于任何施加的應力，位錯只能行進一段有限的距離移動
(b) 外加應力下位錯的距離分布
圖三 不同λ/Δ的位錯核心尺寸分布
固定Δ，增加λ會擴寬核心寬度ζ ?分布
圖四 Peierls應力分布函數
固定Δ，空間相關長度λ導致平均Peierls應力增加，Peierls阻礙發生偏移。
圖五 外加應力("σ" _"a" ) ?對位錯移動平均距離的影響
通過固定施加應力時位錯移動更短的距離或位錯移動距離固定，施加更大的外界應力可增加空間相關長度λ
圖六 臨界應力與標準偏差Δ和相關長度λ的函數
參考材料：BCC Mo0.2Nb0.2Ta0.2W0.2V0.2 HEA
文獻鏈接：The Effect of Randomness on the Strength of High-Entropy Alloys(Acta Mater., 2018, DOI: 10.1016/j.actamat.2018.12.032)
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