重大《Scripta Materialia》：高熵合金中两种尚未报道的位错墙！

在多晶材料中经常能够观察到连接不同方向或不同结构的两个晶体的位错墙。它是一个平面位错阵列，包含一组或多组位错。了解位错墙的核心结构对于深入理解变形过程中的微观结构和性能变化是必不可少的。例如，位错墙中位错的排列和Burgers矢量已被用于评估临界剪切应力，并解释位错墙强化或软化效果。有研究显示，在高熵合金中位错墙运动可能促使局部应力释放或增强应变可淬性，位于界面的位错墙会影响位错的滑移，进而影响材料强度和可塑性。虽然位错墙有多种影响，但是针对高熵合金位错墙鲜有报道。

重庆大学等单位的研究人员通过研究Fe42Mn38Co10Cr10高熵合金，发现了两个迄今没有报道过的位错墙，分析了位错墙对应变硬化和塑性的影响。相关论文以题为“Martensitic transformation induced dislocation walls in Fe42Mn38Co10Cr10 high-entropy alloy”发表在Scripta Materialia。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113929

本文使用的Fe42Mn38Co10Cr10高熵合金，经过铸造、轧制和退火。研究发现退火后的HEA样品中存在FCC单相，其晶格参数a=3.62 。经过22%室温压缩后，XRD结果出现了其他峰，观察发现是HCP结构且具有不同的堆垛顺序，晶格参数a=2.56 ，c=4.17 。经EBSD结果证实冷变形能够引起的FCC母相向HCP相发生马氏体相变。

图1 压缩22%前后Fe42Mn38Co10Cr10高熵合金的XRD图和原位EBSD图

 

图2 压缩22%后HEA的纳米层状组织

 

图3 22%压缩后高熵合金的HAADF-STEM图像

研究发现了两个两端对齐的平行马氏体片层，这两个马氏体薄片分别定义为HCP-1和HCP-2，HCP-1的堆垛顺序为ABAB，HCP-2为ACAC，原FCC结构为ABCABC。从FCC结构到HCP结构的转变是通过位于FCC交替层上的肖克莱不全位错滑移实现的。推断出位错墙（Ⅰ型）由HCP-1-a的右侧与HCP-2-a的左侧碰撞形成，位错墙（Ⅱ型）由HCP-1-b的右侧与HCP-2-b的左侧碰撞形成。同理推测可能存在Ⅲ、Ⅳ型位错墙，在不同程度压缩样品中，弯曲的Ⅰ型位错墙和扁平的Ⅱ型位错墙是最常见的类型，本研究中未观察到Ⅲ、Ⅳ型位错墙。

图4 四种位错墙可能的形成机制示意图。

 

图5 可能存在的位错-界面相互作用示意图

本文揭示了室温压缩Fe42Mn38Co10Cr10高熵合金中两个迄今未报道的位错墙的核心结构和形成机理。这些位错墙的形成归因于两个平行马氏体薄片的碰撞，经过分析证明了类似位错墙能够促进应变硬化和对可塑性的影响。本文为位错墙的研究提供了理论基础，为后续高熵合金性能设计提供了参考。（文：破风）