journal article·2026-01Open access

Grain Boundary Segregation Suppresses Local Short‐Range Ordering in Nanocrystalline High‐Entropy Alloys

Moses A. Adaan‐Nyiak, Mack Cleveland, Benjamin Hewitt, Ericmoore Jossou, Mehmet Topsakal, Simerjeet K. Gill, Sooyeon Hwang, Kim Kisslinger, Ahmed A. Tiamiyu

Advanced Science· Volume 13· Issue 6

Abstract

Abstract Multi‐principal‐element alloys like high‐entropy alloys (HEAs) have potential applications in many engineering fields due to their unique mechanical/functional properties. While HEAs are generally considered random solid solutions, recent studies revealed that they are prone to short‐range‐ordering (SRO) due to the complex multi‐pair‐wise interactions among the constituent elements. Meanwhile, SROs' evolution can sometimes be deleterious, and it is necessary to have control over their evolution. Examining the AlCoCrFe‐Zr model alloy, long‐range ordering occurs following the expectation of enthalpic predictions. Advanced characterization techniques—transmission electron microscopy, high‐energy synchrotron X‐ray diffraction/pair distribution function, and atom probe tomography, reveal that SRO is suppressed in as‐milled and GB‐decorated NC‐(AlCoCrFe)100‐xZrx (x = 0–1.5 atomic %). Warren‐Cowley coefficient calculations are further used to validate the suppression of SRO. Besides the low segregation enthalpies of Cr, Fe, and Zr, and the high‐mixing enthalpy of Cr and Fe, the short diffusion path to GBs due to high‐GB density in the NC‐HEAs and the higher energy state of the GBs than the matrix promotes GB‐segregation that further alters the matrix chemistry and consequently disfavors SRO formation within the matrix. Despite the GB‐segregation of Cr, Fe, and Zr, the matrices and GBs remain in a random solid solution.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: High Entropy Alloys Studies · Magnesium Alloys: Properties and Applications · High Temperature Alloys and Creep

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Mechanical and Manufacturing Engineering University of Calgary 2500 University Drive NW Calgary Alberta T2N 1N4 Canada

Department of Materials Science and Engineering Massachusetts Institute of Technology Cambridge MA 02139 USA

Department of Nuclear Science and Engineering Massachusetts Institute of Technology Cambridge MA 02139 USA

Department of Electrical Engineering and Computer Science Massachusetts Institute of Technology Cambridge MA 02139 USA

Nuclear Science and Technology Department Brookhaven National Laboratory Upton NY 11973 USA

Center for Functional Nanomaterials Brookhaven National Laboratory Upton NY 11973 USA

References (100+)

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