在过去的十年中，基于“高熵合金（HEA）”的概念，人们发现了许多具有奇特微结构和优异性能的新型合金体系。与传统纯金属晶格只有一类金属原子相比，高熵合金晶格的理想状态是多种金属组分随机的分布在晶格当中。这一现象使得高熵合金从本质上打破了传统合金中溶剂和溶质的概念。有研究认为等原子比的高熵合金是纯溶剂型合金，可通过添加少量其他金属作为溶质使其固溶强化能力提升。但事实上这一结论并不严谨，首先由于电子转移和原子尺寸失配之间的复杂相互作用,高熵合金中存在严重的晶格畸变现象；其次纯金属（如Ni）的应力-应变曲线是比较光滑的，但在一定温度范围内，高熵合金（如CoCrFeMnNi、AlXCoCrFeNi和HfNbTaTiZr）的应力-应变曲线却呈现出锯齿状的波动。这是由于单相材料中移动位错和固溶原子之间的交互作用导致的。以上两个特征都证明将HEAs看做纯金属晶格的溶剂型合金并不合适，而应该是一类同时存在“溶质”和“溶剂”的复杂固溶合金。
那么HEAs的假想溶质浓度应该是多少呢，针对这个问题湖南大学材料科学与工程学院的吴正刚教授团队研究了单相面心立方（FCC）CoCrFeNi高熵合金的应力-应变曲线的锯齿波动现象，建立了一个微观力学模型解释观察到的锯齿形图案，并通过评估模型的关键参数来回答上面的问题。
经过冷轧和热处理后的CoCrFeNi高熵合金其微结构表征图像如图1所示。图1（a）为CoCrFeNi高熵合金冷轧后在K温度下热处理1h得到的样品的EBSD扫描图，根据扫描结果材料的平均晶粒尺寸为~μm。图1（b）、（c）分别为热处理后在K和K下进行单轴拉伸后试样的EBSD扫描图。图1（d）为K单轴拉伸后试样的明场TEM扫描图，结果表明材料内部并没有第二相的产生，说明此时材料依旧为单相结构。
图1（a）CoCrFeNi高熵合金热处理后的EBSD图；经热处理后的试样在K（b）和K（c）下单轴拉伸后得到的EBSD扫描图；（d）热处理后在K单轴拉伸后得到的明场TEM图像
图2分别为K~K下CoCrFeNi高熵合金的工程应力-应变曲线及局部细节放大图。图像表明，锯齿波出现的温度区间为K~K，而根据锯齿的形状可将其分为TypeA、TypeB、TypeC。
图2（a）K~K下CoCrFeNi高熵合金的工程应力-应变曲线；（b）K~K温度下放大的工程应力应变曲线，并附有显示其局部锯齿特征的插图
将所有的锯齿波简化，得到如图3所示的示意图。在一个锯齿波循环的开始，此时应力最小为σmin，对应的溶质浓度为C1，应变为ε1，随后当溶质原子与位错线交互作用时，应力不断上升并最终达到σmax，此时对应的溶质浓度和应变分别为C2和ε2。
图3在单个锯齿波的循环中，有明显的应变增量△ε,应力增量△σ，其中C1、C2为不同时刻的溶质浓度
基于此，作者提出了一个理论模型对锯齿循环前后溶质浓度差△C进行预测。作者假设△σ与差△C溶质溶度成正比，同时存在一个阈值溶质浓度，低于这个阈值时，溶质原子不会引起强化，而会更倾向于向外扩散。这个阈值溶质浓度还会产生一个阈值应力S0并施加在位错上。最终与应力增量△σ和浓度差△C的关系可构建为：
应变增量△ε被假定为单位应变Ω的一部分，公式如下所示：
其中β是一个小于1的正数。假设初始和饱和溶质浓度分别为C0和Cm，ta、tb分别为位错时效时间和溶质的特征扩散时间，最终得到溶质浓度差的公式为：
最终模拟的△σ-△ε曲线结果如图4所示。
图45种温度下锯齿型材料的△σ-△ε实验和模拟的拟合曲线
根据研究结果作者总结得出以下结论：
1.单个位错核的饱和溶质浓度值Cm并不完全统一，事实上流进和流出的溶质之间是存在竞争的，两者的平衡会影响Cm的稳态值；
2.在锯齿波温度范围内，Cm的值会随着温度的升高而明显增大；
3.从β的值进行推断，应变增量△ε平均比单位应变Ω小5.57倍；
4.临界应力S0随着温度的变化基本保持不变；
5.研究结果表明CoCrFeNi高熵合金中确实存在溶质，虽然该研究的模型无法区分出哪些元素是溶质，但揭示了溶质和溶剂的区分会随着原子环境的变化而变化。在给定的位置，快速扩散区更可能表现为溶质，而缓慢扩散区更可能为溶剂，其次溶剂不一定只包含一种元素，但Ni肯定是主要的溶剂元素之一。
相关研究成果以“Concentrationof“MysteriousSolute”inCoCrFeNihighentropyalloy”为题发表在ScriptaMaterialia上（Volume,January,ArticleNumber），论文第一作者为YingjianYang，通讯作者为WeidongLi,ShuyingChen,ZhenggangWu。
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