孪生是高熵合金，同时提高强度和延展性的基本机制，但其机理研究仍不明确。因为在室温和低温条件下，许多高熵合金机械和热力学性能是不稳定的，给孪生现象和其理论模型研究增加了难度。本文采用第一性原理的计算方法，研究了高熵合金中孪晶的产生原因，解释了塑性变形机制不适合高熵合金的原因。

成果简介

近日，瑞典皇家理工学院的 ShuoHuang 和 Levente Vitos，以及韩国浦项科技大学的 Se Kyun Kwon（共同通讯）作者等人，采用第一性原理的有效能垒计算的方法，揭示了高熵合金中孪晶的起源。证明了孪晶是亚稳态面心立方合金的主要变形模式，其分数超过了先前文献中的上限值。目前金属可塑性的发展，为优化高熵合金中亚稳态孪晶，调整工程材料的机械响应提供了机会。

相关成果以“Twinning in metastablehigh-entropy alloys”为题发表在 NatureCommunications 上。

图文导读

图 1：室温下，Fe 80-x Mn x Co 10 C 10 合金的成分与有效势

垒差（γ(-) SF -γ(-) TW ）的关系图

图 2：温度与有效能垒差（γ(-) SF -γ(-) TW ）的关系图

（a）Fe 40 Mn 40 Co 10 Cr 10 合金的温度与有效能垒差（γ（-） SF -γ（-） TW ）的关系图；（b）CrMnFeCoNi 合金的温度与有效能垒差（γ（-） SF -γ（-） TW ）的关系图；（c）CrCoNi 合金的温度与有效能垒差（γ（-） SF -γ（-） TW ）的关系图。

图 3：室温下，Fe 40 Mn 40 Co 10 Cr 10 合金、CrMnFeCoNi合金

和CrCoNi合金的广义堆垛层错能量曲线图

（a）局部错位的 Burgers 矢量 图；（b）有效能垒差（γ（-） SF -γ（-）TW ）的仿射剪切应变的函数。

图 4：孪晶的因素与仿射剪切应变函数的关系图

（a）三种温度下，Fe 40 Mn 40 Co 10 Cr 10合金的（γ isf /2-σ * ）和（δ-σ * ）的应变依赖性图；（b）三种温度下，CrMnFeCoNi 合金的（γ isf /2-σ * ）和（δ-σ * ）的应变依赖性图；（c）三种温度下，CrCoNi 合金的（γ isf /2-σ * ）和（δ-σ * ）的应变依赖性图。

图 5：Fe 40 Mn 40 Co 10 Cr 10 合金的本征堆垛层错能（γ isf ）的变形模式图

（a）在 100 到 500K 之间，三种仿射剪切应变的有效能垒差异图；（b）Fe 40 Mn 40 Co 10 Cr 10 合金理论数据的变形模式示意图。

小结

本文研究了多组分合金的塑性变形，提出了原子级的 MTW 理论。研 究 了 高 强 度、 高 延 展 性 的 Fe 80-x Mn x Co 10 Cr 10 、CrMnFeCoNi 和 CrCoNi 合金。发现孪晶是基本的变形机制。理论和实验结果表明，在室温和低温下，合金的热力学性能，不适用于塑性模型。孪晶可能是亚稳态面心立方合金的主要变形机制，其孪晶分数超过了已报道的上限。本文发现小的仿射剪切应变，可以进一步放大 MTW 现象。MEAs 和 HEAs 行为可以对孪生诱导可塑性的设计。量子理论有助于了解可塑性，表明在新型多组分合金中，精确控制变形机制是可行的。