多主元合金（
MPEA
），亦被称为复杂成分合金（
CCA
）和高熵合金（
HEA
）。凭借其独特的成分特点，为开发具备突出力学
/
物理性能的新型金属材料开辟了广阔的探索空间，充分展现出巨大的研究价值与应用潜力。不过，这也随之引发了一个新的问题，即
MPEA
在微观尺度上究竟发生了何种新的变化，从而使其有别于目前广泛研究的传统固溶体合金（
d
ilute alloy
）。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.09.008
近日，西安交通大学马恩教授和丁俊教授，从化学成分分布的角度出发，指出这些近等摩尔比构成的多主元合金（
MPEA
），在亚纳米至几纳米的尺度范围内，呈现出超高密度的化学分布不均匀性。这种局域成分起伏和局域化学有序（
Local chemical order,
LCO
）所引发的原子级空间变化，是多主元合金固有的结构特性，对力学
/
物理性能有着
多方面的重大影响
。相关
Review
以
“
Compositional fluctuation and local chemical ordering in multi-principal element alloys
”
为题受邀发表在期刊
Journal of Materials Science & Technology
上。马恩教授为论文第一作者兼通讯作者
。该项研究得到了国家自然科学基金（
No. 52231001
）与西安交通大学材料创新设计中心（
CAID
）
的支持。
Review
对目前多主元合金中的
多种化学不均匀性进行了全面定义与分类，包括
成分波动
（
c
ompositional fluctuation
）、
成分起伏（
compositional undulation
）、局域化学有序（
LCO
），化学短程有序（
chemical short-range order, CSRO
）等
。并
详细讨论了
LCO
的概念
，
对
LCO
的观察以及定量分析，不同实验条件下
LC
O
的演变，比较了
MPEA
中的化学不均匀性与其它已知不均匀性之间的差异，最后总结并展望了这些微观结构特征对未来
MPEA
研究和应用带来的潜在影响，主要分为以下几点：
（1）
化学短程有序（
CSRO
）的类型在给定的合金系统中的多样性和可变性强调了原子间相互作用的复杂性和成分起伏在确定材料的微观结构和性质中的重要性。
（2）
CSRO
通常只与原子完全随机分布间存在微小偏差，并且识别这些微小偏差通常具有挑战性，表现在难以使用常规表征工具进行检测和量化。
（3）
LCO
同样在影响辐照诱导点缺陷重组及位错动力学方面发挥重要作用。简而言之，对
MPEA
中化学不均匀性的研究揭开了固溶体材料科学研究的新篇章。
图
1.
均匀化的
MPEA
只有在非常高的温度下内部原子才接近于无规律排布，其构型熵高，相当于理想溶液。然而，当固溶体冷却到并保持在较低的退火温度时，由于自由能的焓贡献变得显著，固溶体内部会形成局部化学有序。
图
2.
原子位于
dilute multi-component solid solution
（
a
）和
MPEA
（
b
）的晶格位点上。在
dilute multi-component solid solution
中，溶质原子周围只有溶剂原子，而在
MPEA
中，每个原子周围的局部化学环境可能会有很大不同与变化。
图
3.
在不同长度尺度上具有成分起伏的
MPEA
。
图
4.
在
950 K
下时效处理的 “
NiCoCr
”
MEPS
模型。
图
5. fcc
和
bcc MPEA
中的局部化学有序案例。
图
6.
水淬
(WQ) bcc Ti
50
Zr
18
Nb
15
V
12
Al
5
(T50) MPEA
退火
/
时效后增加的
B2
型
LCO
。
图
7.
退火
Ti
50
Zr
18
Nb
15
V
12
Al
5
在
[100]
带轴下成像的局部区域。
图
8.
原子电子断层扫描（
AET
）分析
MPEA
纳米结构的三维原子结构和晶格畸变。
图
9. Al
（浅蓝色溶剂原子）
-Cu
（黑色溶质）合金在初期沉淀硬化过程中形成的
GP
区可作为传统合金中
LCO
复杂发展的一个例子。
图
10. Ti-30Zr-14Nb-3O (at%) MPEA
中存在大量纳米级局部有序氧复合体（
OOCs
；彩色原子团）
[59]
。在这种情况下，氧与
