Improved mechanical properties of Co-free high-entropy Cantor alloy; A First-principles study

コバルトフリーミディアムエントロピー合金における機械特性の改善効果; 第一原理計算

Lobzenko, I.   ; Wei, D.*; 板倉 充洋  ; 椎原 良典*; 都留 智仁   

Lobzenko, I.; Wei, D.*; Itakura, Mitsuhiro; Shiihara, Yoshinori*; Tsuru, Tomohito

ハイエントロピー合金(HEA)は、その優れた機械的・熱力学的特性から注目されている。最近の研究では、Coフリーの面心立方HEAは、原子力材料として重要な強度・延性を向上させる可能性があることが明らかになった。本研究では、第一原理計算を用いて、CoフリーHEAの機械的特性向上の基本的なメカニズムについて検討を行った。その結果、CoフリーHEAの局所格子歪みは、よく知られたCantor合金のそれよりも顕著であることを見いだした。また、CoフリーHEAの短距離秩序形成により、積層欠陥エネルギーが大きく変動していることがわかった。このように、CoフリーHEAでは著しい局所格子歪みと、低積層欠陥領域と高積層欠陥領域からなる不均一な固溶体状態が、強度・延性の向上に寄与していることがわかった。

High-entropy alloys (HEAs) have received attention for their excellent mechanical and thermodynamic properties. A recent study revealed that Co-free face-centered cubic HEAs carried a potential to improve strength and ductility, which is of high importance for nuclear materials. Here, we implemented first-principles calculations to explore the fundamental mechanism of improving mechanical properties in Co-free HEA. We found that the local lattice distortion of Co-free HEA is more significant than that of the well-known Cantor alloy. In addition, the short-range order formation in Co-free HEA caused highly fluctuated stacking fault energy. Thus, the significant local lattice distortion and the non-uniform solid solution states composed of low- and high-stacking fault regions contribute to improving strength and ductility.