基于原子位置偏差的STEM与原子模拟揭示难熔高熵合金短程有序结构及其力学性能关联机制

本文通过原子分辨率扫描透射电镜（STEM）结合原子模拟，首次在NbTaTiV和NbTaTiVZr难熔高熵合金（RHEA）中实现了化学短程有序（SRO）的直接观测与晶格畸变量化。研究发现Zr原子引入导致显著SRO现象，其Ta-V/Ti-V/Ti-Zr/Nb-Ta键合偏好源于Zr的大电负性差异与适中原子尺寸失配，为理解BCC结构RHEAs中SRO-力学性能关系提供了原子尺度证据。

　　

Highlight

在BCC结构难熔高熵合金NbTaTiV和NbTaTiVZr中，选区衍射图（SADP）的额外衍射斑点提示存在短程有序（SRO）。由于这些异常衍射未必完全源自SRO，原子分辨HAADF-STEM成像成为确认SRO的关键证据（图1a-b）。图1a黄色方框放大图清晰展示了NbTaTiVZr中的SRO特征。通过倒易空间分析...

原子尺度SRO与晶格畸变量化

我们开发了二维高斯拟合结合分水岭算法的程序，可精确测量STEM-HAADF图像中的原子间距与强度。NbTaTiVZr的原子间距呈簇状分布，表明存在显著SRO。面内SRO通过元素间原子尺寸失配降低了晶格畸变，其局部畸变因子（LDF）可通过...

结论

研究表明，NbTaTiVZr合金中Zr原子与其他元素间显著的电负性差异（Δχ>0.5）和适中的原子半径差（δ<8%）共同驱动了Ta-V/Ti-V/Ti-Zr/Nb-Ta的键合偏好。蒙特卡洛模拟揭示这种SRO构型能使体系弹性应变能降低12-15%，为设计新型高强度RHEAs提供了理论依据。