近日，湖南大学材料科学与工程学院胡望宇教授团队在传统金属材料领域著名期刊《Acta Materialia》（IF=7.293）上发表了题为“Enhanced Radiation Tolerance of the Ni-Co-Cr-Fe High-entropy Alloy as Revealed from Primary Damage”的研究论文。该论文采用分子动力学方法模拟了NiCoCrFe高熵合金（HEA）和纯Ni在辐照诱导后的原子离位级联过程，通过对比两者的辐照缺陷生成及演化规律获得了NiCoCrFe HEA的抗辐照损伤微观机制。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.06.027

高熵合金材料（HEAs）因其优异的机械性能而受到广泛关注，近年来，国际上提出其可作为聚变堆的候选材料之一。研究发现，不同于传统合金材料，早在辐照初始阶段HEAs的缺陷生长便受到抑制，最新研究表明HEAs的辐照缺陷演变规律较为复杂，相关抗辐照机制仍不明确。目前，由于试验样品制备耗资大、性能表征耗时长、高能辐照源稀缺等一系列问题，严重阻碍了实验对HEAs材料抗辐照性能的研究。模拟计算可从微观尺度上模拟辐照初始阶段的级联碰撞、缺陷生长及演化，是研究辐照损伤机理的有效方法之一。

NiCoCrFe HEA与纯Ni辐照损伤结果与机理示意图

论文采用不同能量的初级离位原子（PKA）对完整FCC结构的NiCoCrFe HEA和纯Ni进行离位级联碰撞，研究发现NiCoCrFe HEA在热峰处生成了比Ni更多的离位原子，但在级联结束后残余更少的缺陷。随着PKA能量的增大，两种材料中间隙和空位团簇的尺寸或数量均有所增加，但NiCoCrFe HEA中缺陷的增长更为缓慢。

这种缺陷的延迟增长源自NiCoCrFe HEA中较高的缺陷复合率，主要与以下两方面机理有关。1、HEAs中较强的热峰和较低的热导率延缓了其热耗散从而增加了缺陷复合率；2、NiCoCrFe HEA中较小的间隙团簇形成能导致了其较为缓慢的间隙团簇行为。

该研究成果受国家自然科学基金和国家磁约束核聚变能发展研究专项等项目的资助。该论文以湖南大学材料科学与工程学院为第一单位，博士研究生林也平为第一作者，邓辉球教授和密歇根大学高飞教授为共同通讯作者。