高熵合金材料因其優(yōu)異的性能而受到廣泛關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，不同于傳統(tǒng)合金材料，早在輻照初始階段高熵合金的缺陷生長便受到抑制。最新研究表明，高熵合金的輻照缺陷演變規(guī)律較為復(fù)雜，相關(guān)抗輻照機(jī)制仍不明確。由于試驗(yàn)樣品制備耗資大、性能表征耗時(shí)長、高能輻照源稀缺等一系列問題，嚴(yán)重阻礙了實(shí)驗(yàn)對(duì)高熵合金材料抗輻照性能的研究。模擬計(jì)算可從微觀尺度上模擬輻照初始階段的級(jí)聯(lián)碰撞、缺陷生長及演化，是研究輻照損傷機(jī)理的有效方法之一。
最近湖南大學(xué)鄧輝球教授團(tuán)隊(duì)采用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬研究了NiCoCrFe高熵合金和純Ni在輻照誘導(dǎo)后的原子離位級(jí)聯(lián)過程，通過對(duì)比兩者的輻照缺陷生成及演化規(guī)律獲得了NiCoCrFe高熵合金的抗輻照損傷微觀機(jī)制。采用不同能量的初級(jí)離位原子（PKA）對(duì)完整FCC結(jié)構(gòu)的NiCoCrFe高熵合金和純Ni進(jìn)行離位級(jí)聯(lián)碰撞，研究發(fā)現(xiàn)NiCoCrFe高熵合金在熱峰處生成了比Ni更多的離位原子，但在級(jí)聯(lián)結(jié)束后殘余更少的缺陷。隨著PKA能量的增大，兩種材料中間隙和空位團(tuán)簇的尺寸或數(shù)量均有所增加，但NiCoCrFe 高熵合金中缺陷的增長更為緩慢。這種缺陷的延遲增長源自NiCoCrFe 高熵合金中較高的缺陷復(fù)合率，主要與以下兩方面機(jī)理有關(guān)：一是高熵合金中較強(qiáng)的熱峰和較低的熱導(dǎo)率延緩了其熱耗散從而增加了缺陷復(fù)合率；二是NiCoCrFe高熵合金中較小的間隙團(tuán)簇形成能導(dǎo)致了其較為緩慢的間隙團(tuán)簇行為。
NiCoCrFe 高熵合金與純Ni輻照損傷結(jié)果與機(jī)理示意圖
該項(xiàng)工作近期以“Enhanced Radiation Tolerance of the Ni-Co-Cr-Fe High-entropy Alloy as Revealed from Primary Damage”為題在線發(fā)表于傳統(tǒng)金屬材料領(lǐng)域著名期刊《Acta Materialia》（IF=7.656）。博士研究生林也平為第一作者，湖南大學(xué)鄧輝球教授和密歇根大學(xué)高飛教授為共同通訊作者。該研究成果受國家自然科學(xué)基金和國家磁約束核聚變能發(fā)展研究專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助
