多组分L1₂型材料是高熵合金力学性能和阻尼性能的重要来源之一，多组分L1₂型材料的研究对于结构功能一体化高熵阻尼合金的研发具有重要意义。

由于元素类型和含量的复杂性，多组分L1₂型材料的实验可控性难以捉摸。大量的实验研究证明了电子结构对理解这一类材料脆性-韧性转变机制是十分重要的，并呼吁需要进行计算，如局域电子结构测定，以更好地理解和利用这种转变来改善多组分合金和多组分金属间化合物的性能。如今，大量的研究对元素分类和能量辨别展开了深入的研究，而在相似元素占据形成的复杂L1₂沉淀物方面的研究进展缓慢，特别是对广义层错能与化学键之间的关系缺乏深入了解。

基于此，西南交通大学徐轶团队基于第一性原理研究了(Co, Fe, Ni)₃Ti型多组分金属间化合物的稳定性和变形机制。相关论文以题为“Deformation mechanism of L1₂-type multicomponent intermetallics: the generalized stacking fault energy and chemical bonds”发表在Materials & Design。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.111824

图1. 所有模型的混合熵和混合焓。(a)和(c)分别是Ti(Co, Fe)₃/Ti(Co, Ni)₃的混合熵和混合焓，(b)和(d)分别是Ti(Co, Fe, Ni)₃的混合熵和混合焓。

图2. 所有模型的内聚能和生成焓。上面两个图代表内聚能，下面两个图代表生成焓。左边两个图是一种元素取代后的内聚能和生成焓，右边是两种元素取代后的内聚能和生成焓。灰色阴影代表了TiCo₃的内聚能和生成焓。

图3. 所有模型的CSF, SISF和APB. (a)所有模型的 (b) 所有模型的 (c) 所有模型的。灰色阴影代表TiCo₃的CSF, SISF和APB。五角星代表相关浓度下的平均值。采用类似于Fe_x的形式来方便标注模型，其中x指的是实际模型中相应原子的数量。

图4. 四个系统的d轨道的态密度。(a) TiCo₃。(b) 掺Fe的TiCo₃。(c) 掺Ni的TiCo₃。(d) 双掺杂的TiCo₃。

图5. 四个系统的电子局域函数。(a) TiCo₃。 (b) 掺Fe的TiCo₃。 (c) 掺Ni的TiCo₃。 (d) 双掺杂的TiCo₃。

综上所述，热力学参量、能量和电子结构表明，Fe有利于层错能的减小，而Ni有利于层错能的增大，这是由它们贡献的化学键的不同造成的。Ni-Ti有助于实现稳定的最外层电子轨道，从而有助于高机械性能的实现，而Fe则会导致更多的孤对电子出现，从而使金属键的贡献更加明显。因此，调整有利于金属间化合物/有利于合金的元素比例是克服多组分金属间化合物和高熵合金的强度-延展性权衡的有效方法。这项工作为更好地设计和利用多组分金属间化合物增强型高熵合金提供了电子层面的理解和实际见解。

第一作者简介：朱星桦，西南交通大学材料学院2021级博士生。

通讯作者简介：徐轶，博士，西南交通大学材料学院金属材料系主任，四川省钒钛钢铁产业协会副秘书长，主要研究方向：结构功能一体化金属材料。