高熵合金（HEAs）因其优异的机械性能、耐腐蚀性和耐磨性，在工程应用中展现出广阔前景，尤其在耐热和抗损伤材料领域备受关注。然而，作为新兴的耐磨材料，其原子尺度的摩擦与磨损机制仍不明确，这限制了从多尺度角度建立完整的微观结构演化框架。

尽管已有研究揭示了HEAs在单轴加载下的独特变形机制（如FCC-HCP双向相变和孪晶诱导的晶粒重取向），但这些机制在摩擦剪切变形条件下是否依然适用尚不清楚。此外摩擦磨损涉及复杂的多物理场耦合过程（如机械、热和氧化作用），从宏观到原子尺度的跨尺度特性使得直接观察微观结构演化具有挑战性，需要通过先进实验手段揭示其内在机理。

针对上述高熵合金（HEAs）摩擦与磨损机制的研究问题，中南大学、中国科学院金属研究所等组成的研究团队利用威尼斯886699原位TEM进行了深入研究，他们通过原位透射电镜摩擦实验结合分子动力学（MD）模拟，揭示了Al0.1CoCrFeNi高熵合金在摩擦剪切变形下的原子尺度动态行为，该研究填补了HEAs原子摩擦机制的空白，为理解耐磨材料的微观损伤机制提供了实验与理论依据。相关成果以“Phase transformation induced by severe gradient shear deformation in an Al0.1CoCrFeNi alloy”为题发表在《Materials Characterization》上。

研究首先通过激光粉末床熔融（LPBF）技术制备了Al0.1CoCrFeNi合金样品，并利用原位TEM摩擦实验观测了钨针尖划擦过程中的动态响应。实验发现，摩擦表面形成了约5 nm厚的非晶层，这是由高剪切应变（表面达1.6，内部降至0.3）导致的晶体-非晶转变。更重要的是，在次表面约10 nm深度处，观察到从[011]FCC到[001]FCC的晶格重取向相变，这一现象与堆垛层错（SFs）交叉区域的应变集中和弛豫直接相关。

图 高熵合金在摩擦处理前后的微观结构表征

通过高分辨TEM分析，团队进一步揭示了相变过程中的中间过渡相结构。这些中间相源于{111}晶面内原子滑移引起的晶格畸变——沿[2ī1]方向收缩而沿[211]方向膨胀，导致晶面夹角（如α1和α3）发生不对称变化。分子动力学模拟验证了上述实验结果，表明[001]FCC纳米晶优先形成于堆垛层错尖端，其稳定性取决于局部应变弛豫程度。此外，模拟还发现大量低角度晶界和堆垛层错四面体（SFTs），这些缺陷通过阻碍位错运动提升了合金的后续变形抗力。

图 原位摩擦后表面下方不同位置的结构演变

研究最后提出了摩擦诱导相变的机制框架：在梯度剪切应变作用下，{111}晶面的原子滑移首先形成堆垛层错；当应变在SFs交叉区达到临界值时，通过晶格旋转和重构实现[011]→[001]相变。这一过程伴随着显著的晶格参数变化（如c轴膨胀、a/b轴压缩），与传统的孪生诱导重取向机制截然不同。

图 分子动力学模拟的时序演变快照

该工作不仅报道了HEAs在摩擦载荷下的相变行为，还为设计高性能耐磨合金提供了新思路——通过调控堆垛层错密度和应变梯度，可能实现摩擦过程中自发的晶粒细化和强化。未来研究可进一步探索不同成分HEAs的摩擦相变规律，以及非晶/晶界协同效应对磨损性能的影响。