导读：界面在决定双相层状微结构的变形行为中起着突出的作用，特别是在层状高熵合金（HEA）中，由于界面原子结构的固有复杂性。在这里，我们结合了分子动力学、分子静力学和蒙特卡洛模拟来研究界面晶格畸变（ILD）和界面化学短程有序（ICSRO）对层状 AlCoCuFeNi HEA 中半相干 fcc/bcc 界面的位错成核和剪切响应的影响。我们的研究结果表明，ILD 在界面失配中引入了不规则性，主要是在两相之间适应失配并减少平均界面失配。此外，ICSRO 与单相高熵合金中的化学短程排序不同，Fe/Cu 元素对 bcc 或 fcc 结构构型表现出明显的偏好，导致显着的元素分离并进一步减少界面配准。ILD 和 ICSRO 的协同效应破坏了通常在双金属系统中观察到的原始错配位错网络的规律性，使具有大量位错的局部区域成为首选的位错成核位点，而不是传统情况下界面处预期的周期性错位错位错。此外，ILD 和 ICSRO 通过随机溶质原子和 ICSRO 团簇对滑动路径的固定作用显着增强了抗剪切性。我们的结果为以原子复杂性为特征的双相高熵合金界面的结构-性能关系提供了深刻的见解，从而能够通过定制其界面特性来开发具有增强机械性能的高熵合金。

界面在决定金属复合材料的机械性能和变形行为方面起着至关重要的作用，尤其是那些具有双相层状微结构的复合材料。随着长度尺度从微米尺度减少到纳米尺度，界面越来越主导机械响应，为位错成核提供来源，并通过界面滑动促进塑性 .半相干界面常见于共晶、外延层和沉淀材料中，已在单晶系统中得到广泛研究。例如，Cu-Ag、Cu-Nb和 Mg-Nb具有半相干界面会显着影响它们的机械性能。原子模拟和界面晶体学都表明，界面介导的塑性主要与界面结构的缺陷相关，即界面位错网络，这对于消除两个成分晶体之间的不相容性是必要的[18]。界面介导的力学行为，包括界面位错成核和界面剪切，受界面结构的显著影响，引起了广泛关注。

虽然对一些传统双金属系统中的界面行为存在基本理解，但高熵合金 （HEA） 的出现为界面工程带来了新的挑战和机遇。高熵合金，也称为多主元素合金，由于其独特的成分和有前途的机械性能而引起了材料科学界的极大关注 。通过铸造或增材制造形成双相层状结构的 HEA 系统因其非凡的强度-延展性协同作用而特别受到关注。例如，在打印的 AlCoCrFeNi 中观察由交替的 fcc 和 bcc 纳米层组成的双相纳米层结构2.1表现出 ∼1.3 GPa 的高屈服强度和 ∼14% 的高拉伸延展性的特殊组合，超过了其他最先进的增材制造合金 。许多实验工作证明了界面特性的重要性及其对双相高熵合金变形行为的影响。例如，在 Al 中的 fcc/bcc 接口的情况下xCoCrFeNi HEA 是一种整体界面强化应力，估计为 ∼ 3.8–4 GPa，比传统的 fcc/bcc 界面大 ∼ 4 倍 。初步推测，这种差异源于与传统材料相比，多组分合金中更复杂的局部原子相互作用。

与传统研究的单晶体系相比，高熵合金通常由 5 种或更多近等原子比例的元素组成。高熵合金中错综复杂的原子构型产生了传统双金属系统中不常见的两个关键现象，即晶格畸变 （LD） 和化学短程有序 （CSRO）。这些原子复杂性导致独特的原子相互作用和排列，从而极大地影响界面失配。此外，界面处成分波动的参与会改变界面能量。通常，高界面能对位错的成核和滑动产生强大的屏障。虽然简单成分合金中界面处的位错成核和剪切滑动机制已被广泛记录，但当界面包含 LD 和 CSRO 等原子复杂性时，这些机制无法使用现有的原子模型直接量化。通常，界面截面的表征是通过衍射对比或高分辨率透射电子显微镜成像来实现的。然而，这种方法不能准确确定任一相的配合面的原子结构，特别是对于具有原子级组成复杂性的高熵合金。原子模拟通常是使用可靠的电位来探索界面原子结构及其行为 。

在这项工作中，我们结合了分子动力学 （MD）、分子静力学和蒙特卡洛 （MC） 模拟，从原子角度研究了双相 AlCoCuFeNi HEA 内 fcc/bcc 半相干界面的位错成核和剪切滑动。选择 AlCoCuFeNi HEA 作为模型系统是基于实验观察，表明通过调整含 Al HEA系列中的 Al 组成，可以稳定 fcc 或 bcc 结构 [36]。这一特性使其成为探索HEA 中 fcc 和 bcc 相之间的半相干界面的理想选择。值得注意的是，AlCoCuFeNi 系统具有精确的原子间电位，因此能够复制实验研究中提到的相稳定性。构建了不同的仿真模型，系统研究了界面晶格畸变 （ILD） 和界面化学短程有序 （ICSRO） 对界面原子结构、位错成核和剪切滑动的影响。这项工作旨在为开发具有定制界面特性的高熵合金提供有见地的方向，以提高机械性能。

有关此课题，香港理工大学的学者们进行了深入研究相关研究报告以“Dislocation nucleation and shear sliding at dual-phase high-entropy alloy semi-coherent interface with atomic complexity”发表在Acta Materialia上

链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645425004057?via%3Dihub

图1.双层模型的描述。（a） fcc/bcc 双层的 MD 仿真模型。（b）具有 KS 方向关系的 fcc/bcc 界面的放大侧向视图，显示失配位错。

图2.界面原子构型。（一、二）RSS 和 SRO 样品界面平面的面内原子结构。（c） SRO 样品界面处不同原子类型的空间排列。界面的原子构型是从 bcc 一侧看到的，原子通过共同邻分析（CNA）方法着色：fcc 结构为绿色，bcc 为蓝色，hcp 为红色，其他结构为白色。（d）（a， b）中虚线箭头指示的单元沿 x 方向的分布。（e） bcc 站点及其周围环境的放大视图;为清楚起见，省略了其他原子。（f）与（e）中的相同位点，其中 Fe 原子为黑色，所有其他原子为绿色以突出偏析。

图3.（a） RSS 和（b） SRO 界面平面的不同元素对的 Warren-Coley 参数（WCP）。（C-D）用于比较的体单晶 fcc 和 bcc 相的 WCP。（e） SRO 界面，原子根据静水应力着色。（f）（e）中 SRO 界面的原子静水应力的统计分布。（g）界面位错区附近的原子视图，如（e）中的虚线框所示。（h）与（g）相同的位点，原子根据原子参数σ着色1按 NTA 方法计算。（i）与（g）相同的位置，Fe 原子与其他原子的区别在于黑色。

图4.样本的径向分布函数 g（r）。（一、五）A-atom、（b， f） RSS 和（c， g） SRO。（d， h）样品的半峰全宽（FWHM） g（r）。（a， e）中的虚线表示未松弛的A 原子样品的 g（r）。

图5.松弛的（a） A-atom、（b） RSS 和（c） SRO 接口的 disregistry 向量图。箭头的长度表示向量的大小，颜色是根据向量的 x 分量的符号分配的。disregistry 向量以放大倍数 2 显示，以获得更好的可视化效果。（e） A-atom、（f） RSS 和（g） SRO 界面的原子结构。原子根据原子参数σ进行着色1通过 Nye 张量分析（NTA）方法计算。（e）中的箭头指出了 A 原子样品中代表性原子步骤的位置。沿 x 方向 z = 0 处 disregistry 向量的 x 分量和 z 分量分别显示在（d）和（h）中。

图6.（a， b） RSS 和（c， d） SRO 接口的 disregistry 向量的 x 分量和 z 分量与 A-atom 接口的差异。

图7.（a） A-atom、RSS 和 SRO 样本的 disregistry 向量值的箱形图。（二、三）RSS 和 SRO 样本中 disregistry 向量值分布的元素依赖性。

图8.沿 x 轴拉伸作用下（a） A 原子、（b） RSS 和（c） SRO 界面处的部分位错成核特性。透视在 x-z 平面中移动以获得更好的视图。原子根据 CNA 方法进行着色，红色代表 fcc 中的 hcp 结构，白色代表未知（无序）结构，蓝色代表 fcc 中的有序结构，橙色代表 bcc 中的有序结构。相应的应力-应变曲线如

图9.原子体积应变分布及其应变分量这xx对于（a， d） A-atom、（b， e） RSS 和（c， f） SRO 样本中的接口。紫色箭头表示界面处的位错成核位点。

（d-f）所示。

图10.（a） RSS 和（b） SRO 样品中原子由局部畸变参数着色的界面原子构型。（c）RSS 和（d） SRO 界面的原子应变分量和局部畸变参数χ的元素分辨相关性。

我们通过原子模拟系统研究了具有 ILD 和 ICSRO 等原子复杂性特征的 fcc/bcc 双相 AlCoCuFeNi HEA 的界面结构、位错成核和半相干界面上的界面剪切。我们的主要发现可以总结如下：

(1)ILD 通过部分容纳或加剧两相之间的失配，在界面失配中引入不规则性。在双相 AlCoCuFeNi HEA 中，部分调节占主导地位，与没有原子复杂性的界面相比，界面处的平均失调降低。

(2)HEA 中半相干界面处的 ICSRO 与在块状单相 HEA 中观察到的化学短程排序显着不同。元素之间明显偏爱 bcc 或 fcc 结构配置，导致明显的分离。在 AlCoCuFeNi HEA 的情况下，Fe 偏向 bcc 位点及其附近，而Cu 偏向相反的一侧。备受推崇的 ICSRO 进一步减少了界面配准。

(3)ILD 和 ICSRO 破坏了原始misfit 位错网络的规律性，导致界面 misfit 模式中断、高度不均匀和不规则。这导致具有大错位的局部区域在张力下充当新的位位核位点，而不是在典型病例中可预测的界面处周期性错配位位。成核位点的异质分布与主要受大量脱离影响的局部应力和应变集中区域密切相关。

(4)与传统的双金属系统相比，高熵合金中的界面原子复杂性通过随机溶质原子和 ICSRO团簇在滑动路径上的固定效应显着增强了对界面滑动的抵抗力。