面對日益嚴酷的使用條件，需要不斷提高材料的變形能力，並要求不造成持續的損傷，同時保持高強度。滿足這些條件的主要候選材料是某些高熵合金(HEAs)，它們具有非凡的加工硬化能力和韌性。

近日，來自美國加州大學伯克利分校的Robert O. Ritchie & 美國加州大學聖迭戈的Marc A.Meyers等研究者，透過對等原子CrMnFeCoNi進行模壓，隨後進行準靜態壓縮或剪下動態變形，觀察到由層錯、孿晶、由面心立方向六邊形密排結構轉變的緻密結構，尤其值得注意的是非晶化。相關論文以題為“Amorphization in extreme deformation of the CrMnFeCoNi high-entropy alloy”發表在Science Advances上。

論文連結：

https://advances.sciencemag.org/content/7/5/eabb3108

金屬具有永久變形的能力，這種特性被稱為塑性。這表明它們可以被加工成管材，或其他複雜形狀而不會斷裂。這種特性對金屬及其合金的使用具有深遠的影響。在使用過程中裂紋尖端塑性變形而鈍化，從而防止裂紋的形成和擴充套件。金屬表現出這種特性的機制已經研究100多年了，並且有一套成熟的塑性理論，其基礎是三種主要機制：位錯、孿晶和相變。在非常罕見的情況下，第四種機制也能起作用，即透過無定形破壞晶體結構。本文首次在等原子高熵合金(HEA)中觀察到這種非晶變形。

HEAs由Cantor等人、Yeh等人於2004年獨立開發；某些合金，特別是以面心立方(fcc) crconi為基的HEAs，已被證明具有出色的強度和延性，這些效能導致非常高的斷裂韌性，即抗斷裂能力。因此，這些合金有許多重要的應用前景，具有潛在的革命性技術發展。尤其令人印象深刻的是，這種韌性在低溫下仍能保留，甚至增強，而現有的絕大多數金屬合金的韌性隨著溫度的降低而逐漸降低。這些HEAs優異的低溫效能表明，它們在極端衝擊載荷下具有更大的潛在彈性，由於高應變速率和低溫溫度通常是結合在一起的，在這兩種情況下熱啟用是有限的。

基於CrCoNi的HEAs表現出多種變形途徑：位錯介導的塑性、孿晶誘導的塑性，以及在特定合金中相變誘導的塑性(TRIP)。在三元CrCoNi合金和非等原子HEAs中，由於其明顯較低的堆垛層錯能，已經報道了涉及fcc向六方密排(hcp)轉變的TRIP效應；然而，到目前為止，還沒有明確的證據表明在經典等原子CrMnFeCoNi Cantor HEA中存在這樣的變形誘導(在環境壓力下)相變。

在此，研究者提供的分析證據表明，在非常高的應變率載入下，Cantor合金中可以觀察到TRIP效應；研究表明，在高應變和/或提高應變率時，一種額外的、但更罕見的變形機制出現了，即固態非晶化，這似乎是極端載入條件下結構轉變的一個特徵。層錯和孿晶，沿{111}平面的協調傳播產生高變形區，這些高變形區可重組為六邊形包體；當這些區域的缺陷密度達到臨界水平時，它們會產生非晶材料島。這些區域具有出色的機械效能，提供額外的強化和/或增韌機制，以提高這些合金承受極端載荷的能力。

圖1 鍛造CrMnFeCoNi HEA的初始微觀結構、力學響應和示意圖樣品幾何形狀。

圖2模壓CrMnFeCoNi材料準靜態壓縮變形組織研究。

圖3 動態壓縮/剪下作用下CrMnFeCoNi 材料的變形組織。

圖4 對變形程度增加的等原子CrCoNi基高階材料提出了分層變形機制正規化。

綜上所述，研究者認為，非晶化實際上是一種附加的變形機制，除了位錯介導的塑性、機械孿晶和馬氏體fcc→hcp相變外，還提供了多種途徑來耗散所傳遞的應變能。HEAs變形機制的通用性和協同性使其成為極端承重應用的可行候選材料，如衝擊穿透、保護和極端低溫環境。透過調整成分(進一步降低堆垛層錯能)和熱處理(引入更高密度的缺陷)，相信有可能最大化這些有利影響，從而創造出專為極端負載環境設計的新型優質金屬合金。（文：水生）