近日，河北工业大学原子尺度研究团队及其合作者在金属材料领域顶级期刊Acta Materialia上发表了题为“Dynamically reversible shear transformations in a CrMnFeCoNi high-entropy alloy at cryogenic temperature”的研究论文，揭示了高熵合金在低温下的动态可逆剪切转变行为，设计了纳米片层状双相结构高熵合金，实现了材料强度和延展性的同时提升。论文的第一作者为河北工业大学明开胜副教授，通讯作者为河北工业大学郑士建教授和内布拉斯加大学林肯分校王健教授, 合作者为中科院力学所武晓雷研究员团队。
在单调的热或载荷作用下，孪生和马氏体相变等剪切转变通常是不可逆的。作者发现CrMnFeCoNi高熵合金（HEA）在极低温度（4.2 K）下单轴拉伸过程中发生了动态可逆剪切转变。由于单相fcc结构的CrMnFeCoNi HEA的层错能较低，且随温度降低而降低，其塑性变形机制包括位错滑移和剪切转变，如{111}层错、{111}纳米孪生和fcc?→?hcp剪切转变。当在4.2 K下变形时，较低的层错能促进fcc?→?hcp剪切转变，形成hcp晶粒。在hcp晶粒中，除了基面和非基面位错滑移，高密度的{0001}层错和{101}纳米孪晶被激活以协调塑性变形。更有趣的是，变形导致的局部热诱导了hcp?→?fcc逆剪切转变。{101}纳米孪晶内部发生了hcp?→?fcc逆剪切转变，从而在孪晶内部形成了fcc相。Fcc ? hcp可逆剪切转变以及{101}和{111}纳米孪生在HEA中形成了动态纳米片层状双相（NL-DP）结构。这种NL-DP结构通过动态调整剪切转变条带的类型和宽度，引入“动态霍尔-佩奇”效应，使强度、应变硬化能力和延展性得到了显著提高（图2）。该工作通过激活可逆剪切变来动态引入NL-DP结构，实现了强度和延展性的同时提升，为克服材料强度和塑性的固有矛盾提供了一种有效的策略。