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1、耶鲁大学JanSchroers :高熵合金的相选择规 律：相对于BCC结构，原子尺寸差异越大越倾 向于FCC结构高熵合金（HEAs）通常由五种或更多种元素组成，具有接近等分 的组成成分。HEAs研究的主要挑战是SPSS形成的庞大多维空 间。基于Hume-Rothery规则提出的SPSS的一般形成规则是原 子尺寸差异（S7%）和热力学标准，其接近理想固溶体行为的边 界（混合焓-12 kJ/mol ）AHmix8.0则为FCC ,如果VEC6.9则为BCC ）。然而HEAs形 成规则是经验性的。经验规则的准确性随着数据量的增加而增 加，在大的数据库中，可以预测SPSS形成和相结构。本文采用薄 膜合
2、金库的组合磁控管共溅射，制备大量的HEAs，通过高通量 EDX和扫描同步加速器XRD表征合金。分析实验数据和现有文献 中HEAs的形成和选择相规律。近日，美国耶鲁大学的Jan Schroers （通讯）作者等人，采用组 合方法来制备和表征Al与过渡金属的2478种合金。所有数据均 可在 http:/materialsatlasproject.org/ 上公开获取。当组合 FCC/BCC元素的含量和原子尺寸有差异时，可以预测合金的相。分析数据发现，高熵合金的原子尺寸差异越大，越倾向于BCC结 构（相对于FCC结构）。这种现象通常被忽略，然而这种现象在接近平衡过程中占主导地位。Hume-Rothe
3、ry规则并没有提出， 这种偏好是源于BCC结构能够适应较大的原子尺寸差异和较低的 应变能损失。因为这种现象只能在高熵合金中体现出来。相关成 果以 “Phase Selection Motifs in High Entropy Alloys Revealed Through Combinatorial Methods: Large Atomic Size Difference Favors BCC over FCC ”为题发表在 Acta Materialia 上。【文导读】a Co-Sputtering EDX composition mapping XRD structure mapping
4、EEb氏心 FoCoBrMriFCcCu CrMnFdNiCuno CpAlFeCoNiCuAM; rtd M(*10AlCrConiCu#12; noCij（a）五元合金的实验步骤及其成分-结构相图的获得过程。五 元合金库的组合共溅射：采用三个溅射源，溅射源和基板成四 面体排列。实验时，将薄膜沉积在方形网格上的圆形贴片中。 对于每个贴剂的EDX光谱确定成分：在Gibbs三角形中将五 元成分范围可视化为准三元，两个成对元素的摩尔分数比近似 恒定。最后，获得每个贴片的高通量同步加速器XRD数据，将 2D衍射图像转换为1D衍射图，将成分与结构数据合并，获得 成分-结构相图；（b）对所考虑的合金系统
5、：Al-组（红色）和Mn组（蓝色） 分别包含元素AlCrFeCoNiCu 和 CrMnFeCoNiCu的所有可能 的五元组合。（a）溅射源晶片的示意图及其结构的近似位置：BCC/B2和 FCC的SPSS区域之间具有两相区域；（b）一条从BCC向FCC的转变XRD衍射图（如a中的箭头 所示）；（c）库#8的吉布斯三角形图：绘制在单个轴上的一个溅射源 中配对的元件，以大致恒定的比率沉积。wm口05M2EUZ巨OCJd Q 5 O 5 1 7 2弟rgd-CT1s SS_2笆AJ如MnFtmCu5口fDCCoeHldefil-0.B5-0.J7-ft 53+0.07+100册.15SttlJCtUI
6、TtoeseeeocHCPFCCFCCNA（a）组合数据的VEC的直方图：FCC的VEC值高于BCC/B2。文献19 的阈值（虚线）的预测不准确，而中间阈值 （虚线）具有72%的正确分类率（CCR）;（b ）组合数据的FBI的直方图：FCC含有比BCC/B2更高的 FBI值。FBI的总体预测性能（CCR仅为53%低于（a）中的 VEC 值；（c ）对组合数据回归优化的SSSI模型：上部是SSSI绘制的 库分组数据点的颜色编码结构，下半部分是给定SSSI值的合金 结构的概率；（d ）系数值表。Bi表示元素i的FCC或BCC稳定能力；(e,f)HEA文献数据2的SSSI模型和FBI模型图，单一预
7、测因子时，FBI的预测能力(CCR 54%)低，优化的SSSI模 型的预测能力为89%。Hard Sphere Packing Fraction / %w。a(a) FBI和8的组合的SS相预测：识别SPSS形成区域，通 过分类阈值分离，获得高达96%的CCR值。分析可知：首 先，具有较高FCC含量的合金倾向于FCC结构，随着原子尺 寸差异的增加,BCC的相对稳定性增加；(b) 8函数的HSPF和结构：随着8的增加，BCC结构的 HSPF接近或超过FCC的HSPF。5大块样品的冷却速率对比图anneal 知 cast to 4mm cast to 1mm as-sputtered BCC FC
8、C1 FCC2gtCom position / at.%ParametersStructLifip司CtR3HiCu”悔FBIASAhn申若恒吕lr Ai5240&242819M7019ICCICCrcc2 FCCX Al1212001925324.44铲0.15rccrccFCCFCCAF1124020250204,4fl也9-G.2ZBCCBCC+FCCecc+FccBCC+FCC4r AlL7而D16-2!05,22M4Q.3Seccecc+FccBCC+FCCBCC+FCC5r Al22a021101334S.M05Sfl. 0&BCCBCC+FCCBCC+FCCBCC+FCC6 &l
9、2433D310025S.780.17-0.31BCCECCBCC+FCCbcc+fcc7r Mr0加10033n2460.41CISFCC2FCC2 FCC2FCC8, MnU919容3013.51Q.38BFCC+?FCC+?FCC-b?9r MnQ15X423翼Q112.74-0.21.BCCfC+?FCG+flKE如广003631息。用0 30(CC(CCFCCFCC(a)大块样品4 , Ali7C26Fei6Co2iCu20的XRD彳汀射图；(b )大块样品 7 , Cr24Mn10Co21Ni23Cu22 的 XRD 衍射图；(c )溅射数据(AS )的十种组合物的元素组合和5,F
10、BI和 SSSI的值随着冷却速度的增加，合金逐渐从复杂的相组合转变 为简单的SPSS。本文采用组合合成与高通量扫描EDX和同步加速器XRD，来制备 和表征2478个五元溅射高熵合金。这种前所未有的结构-成分相 图分析，确定每种元素的有效结构稳定能力，得出SPSS结构主要 由FCC/BCC元素的含量和原子尺寸差异的组合决定。与HEA 研 究的数据结合的组合策略，发现随着原子尺寸差异的增加， BCC/B2在HEA中有利于形成FCC，这与冷却速率表征一致。其 原因并未反映在Hume-Rothery规则中，因为BCC比FCC受限 制少，更适应不同尺寸的原子，减少应变能量损失。BCC偏好是 HEA的一个独特特征，它提出了一种合金设计方法，可以覆盖元 件的固有结构，创造出优先选择FCC结构的BCC合金。
