npj: 浓缩固溶合金—堆垛层错能的局域环境依赖性
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基于3d过渡金属的高浓度固溶体合金（CSAs）拥有非凡的机械性能和抗辐照性能，这些优异的性能与其较低的堆垛层错能（SFE）相关。由于内在的无序状态，CSA中的SFE值取决于局部原子的空间分布。
来自美国橡树岭国家实验室的赵仕俊博士（现为香港城市大学机械工程系助理教授）等人，基于经验势和第一原理计算，研究了NiCo、NiFe和NiCoCr等的高浓度固溶体合金中堆垛层错能的分布。他们发现堆垛层错的影响在NiCo中是高度局域化的，而在NiFe和NiCoCr中是相对长程的。基于电子结构分析，他们证明了CSA中的SFE可用层错区域内的化学键临界点处的电荷密度再分布来表征，并进一步提出了一个化学键断裂和再形成的模型，根据此模型可以仅依据局部结构即可研究和预测CSA中的SFE值。在含有典型的冶金元素的高浓度固溶体合金中，他们的模型能够解释SFE对局部环境依赖性的一般规律。特别地，堆垛层错引起的扰动仅局限于NiCo中层错附近的最近邻密排面，但由于Fe和Cr中部分填充的d电子，扰动可以延伸到NiFe和NiCoCr的第三个最近邻密排面。这些研究结果使得局部原子的空间排列及其堆垛层错能量之间建立了明确的联系，对理解高浓度固溶合金的局部性质和预测相关效应（如高熵合金材料的相和结构稳定性、位错性质等）非常重要。依据SFE对局部化学环境的依赖性，通过调整其化学组分的波动，也可为调控合金性质提供指导。
该文近期发表于npj Computational Materials 5: 13 (2019)，英文标题与摘要如下，点击左下角“阅读原文”可以自由获取论文PDF。
Local-environment dependence of stacking fault energies in concentrated solid-solution alloys
Shijun Zhao, Yuri Osetsky, G. Malcolm Stocks & Yanwen Zhang
Abstract Concentrated solid-solution alloys (CSAs) based on 3d transition metals have demonstrated extraordinary mechanical properties and radiation resistance associated with their low stacking fault energies (SFEs). Owing to the intrinsic disorder, SFEs in CSAs exhibit distributions depending on local atomic configurations. In this work, the distribution of SFEs in equiatomic CSAs of NiCo, NiFe, and NiCoCr are investigated based on empirical potential and first-principles calculations. We show that the calculated distribution of SFEs in chemically disordered CSAs depends on the stacking fault area using empirical potential calculations. Based on electronic structure calculations, we find that local variations of SFEs in CSAs correlate with the charge density redistribution in the stacking fault region. We further propose a bond breaking and forming model to understand and predict the SFEs in CSAs based on the local structure alone. It is shown that the perturbation induced by a stacking fault is localized in the first-nearest planes for NiCo, but extends up to the third nearest planes for NiFe and NiCoCr because of partially filled d electrons in Fe and Cr.
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