面对日益严酷的使用条件，需要不断提高材料的变形能力，并要求不造成持续的损伤，同时保持高强度。满足这些条件的主要候选材料是某些高熵合金（HEAs），它们具有非凡的加工硬化能力和韧性。

近日，来自美国加州大学伯克利分校的Robert O. Ritchie & 美国加州大学圣迭戈的Marc A.Meyers等研究者，通过对等原子CrMnFeCoNi进行模压，随后进行准静态压缩或剪切动态变形，观察到由层错、孪晶、由面心立方向六边形密排结构转变的致密结构，尤其值得注意的是非晶化。相关论文以题为“Amorphization in extreme deformation of the CrMnFeCoNi high-entropy alloy”发表在Science Advances上。

论文链接：https://advances.sciencemag.org/content/7/5/eabb3108

金属具有永久变形的能力，这种特性被称为塑性。这表明它们可以被加工成管材，或其他复杂形状而不会断裂。这种特性对金属及其合金的使用具有深远的影响。在使用过程中裂纹尖端塑性变形而钝化，从而防止裂纹的形成和扩展。金属表现出这种特性的机制已经研究100多年了，并且有一套成熟的塑性理论，其基础是三种主要机制：位错、孪晶和相变。在非常罕见的情况下，第四种机制也能起作用，即通过无定形破坏晶体结构。本文首次在等原子高熵合金（HEA）中观察到这种非晶变形。

HEAs由Cantor等人、Yeh等人于2004年独立开发；某些合金，特别是以面心立方（fcc） crconi为基的HEAs，已被证明具有出色的强度和延性，这些性能导致非常高的断裂韧性，即抗断裂能力。因此，这些合金有许多重要的应用前景，具有潜在的革命性技术发展。尤其令人印象深刻的是，这种韧性在低温下仍能保留，甚至增强，而现有的绝大多数金属合金的韧性随着温度的降低而逐渐降低。这些HEAs优异的低温性能表明，它们在极端冲击载荷下具有更大的潜在弹性，由于高应变速率和低温温度通常是结合在一起的，在这两种情况下热激活是有限的。

基于CrCoNi的HEAs表现出多种变形途径：位错介导的塑性、孪晶诱导的塑性，以及在特定合金中相变诱导的塑性（TRIP）。在三元CrCoNi合金和非等原子HEAs中，由于其明显较低的堆垛层错能，已经报道了涉及fcc向六方密排（hcp）转变的TRIP效应；然而，到目前为止，还没有明确的证据表明在经典等原子CrMnFeCoNi Cantor HEA中存在这样的变形诱导（在环境压力下）相变。

在此，研究者提供的分析证据表明，在非常高的应变率加载下，Cantor合金中可以观察到TRIP效应；研究表明，在高应变和/或提高应变率时，一种额外的、但更罕见的变形机制出现了，即固态非晶化，这似乎是极端加载条件下结构转变的一个特征。层错和孪晶，沿{111}平面的协调传播产生高变形区，这些高变形区可重组为六边形包体；当这些区域的缺陷密度达到临界水平时，它们会产生非晶材料岛。这些区域具有出色的机械性能，提供额外的强化和/或增韧机制，以提高这些合金承受极端载荷的能力。

图1 锻造CrMnFeCoNi HEA的初始微观结构、力学响应和示意图样品几何形状。

图2模压CrMnFeCoNi材料准静态压缩变形组织研究。

图3 动态压缩/剪切作用下CrMnFeCoNi 材料的变形组织。

图4 对变形程度增加的等原子CrCoNi基高阶材料提出了分层变形机制范式。

综上所述，研究者认为，非晶化实际上是一种附加的变形机制，除了位错介导的塑性、机械孪晶和马氏体fcc→hcp相变外，还提供了多种途径来耗散所传递的应变能。HEAs变形机制的通用性和协同性使其成为极端承重应用的可行候选材料，如冲击穿透、保护和极端低温环境。通过调整成分（进一步降低堆垛层错能）和热处理（引入更高密度的缺陷），相信有可能最大化这些有利影响，从而创造出专为极端负载环境设计的新型优质金属合金。