近日，南方科技大学机械与能源工程系逯文君研究员，联合燕山大学张新宇教授和安丰超博士，报道了一种通过合金化和短时热处理调控微观组织，进而实现FCC基成分复杂合金高强、轻质兼具塑性的实验策略，并在Acta Materialia上发表。研究表明，通过引入Al和C元素并配合短时退火处理，可在CoNiV基合金中构筑一种新型的FCC/L2₁异质复合结构，即L2₁颗粒强化的FCC基体+FCC颗粒软化的L2₁岛。结果表明，FCC/L2₁异质复合结构促使多级应变硬化机制，包括HDI硬化、位错滑移、纳米孪晶及9R结构，从而获得超高比屈服强度（226 MPa cm³/g）和14%的均匀塑性。此外，FCC/L2₁异质复合结构实现FCC/L2₁双相的梯度应变，显著降低应变局域化和界面裂纹萌生。这一新型策略为设计优异力学性能的成分复杂合金提供新思路。

相关研究成果以题：“Designing ultrahigh-strength lightweight compositionally complex alloys through heterostructural composite engineering”发表在Elsevier旗下旗舰期刊Acta Materialia上。燕山大学安丰超博士为论文第一作者，南方科技大学逯文君研究员和燕山大学张新宇教授为本论文通讯作者。

论文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645425006615

近年来，在金属结构材料中构筑异质结构成为提高力学性能的重要途径。然而，异构界面在促使异构变形和提高应变硬化能力同时，常常成为应变局域化和裂纹过早萌生的源头。研究表明，众多双相体系，如高熵合金中FCC/B2、FCC/L2₁，FeMnAlC钢中FCC/B2等，双相之间较大的硬度差异，致使硬相的塑性变形严重受限，如金属间化合物B2和L2₁。这种巨大的硬度差异导致双相异构界面的应变不匹配，从而在塑性变形中形成异构界面的应变局域化，进而牺牲材料的强塑性。因此，减缓塑性变形过程中异构界面的应变局域化成为优化异质结构应变硬化机制的新思路。

为了解决这一问题，南方科技大学逯文君研究员和燕山大学张新宇教授以CoNiV成分复杂合金为模型材料，通过短时退火和引入Al、C元素，成功构筑了一种新型的异质复合结构，即“L2₁强化FCC基体”+“FCC软化L2₁岛”的“软、硬”搭配的复合结构，如图1所示。力学性能结果表明，引入FCC/L2₁异质复合结构大幅提高合金的强度，如屈服强度（1.6 GPa），抗拉强度（1.76 GPa），同时合金塑性未发生明显牺牲（均匀延伸率为14%）。此外，相比于已报道的析出强化FCC基和BCC基成分复杂合金，异构复合结构强韧化的CoNiV基合金具有优异的比屈服强度，如图2所示。透射电镜对变形后的微观组织表征发现，在FCC基体中，位错作为一种主要的变形机制，位错平面滑移产生的微带，层错交互形成的L-C锁，位错与L2₁交互产生的析出强化以及L2₁有限的塑性变形能力，有效地强化CoNiV基合金，如图3。其次，高应变过程中，超高的真抗拉强度（2 GPa以上）超过临界孪晶应力，促使第二种变形机制——变形孪晶的形成。位错与孪晶交互和9R结构的形成进一步改善了合金的强塑性，如图4。在L2₁岛中，大量的FCC相发生塑性变形，有效地软化L2₁岛，减缓应变集中，从而阻碍微裂纹在L2₁岛中萌生和扩展，如图5和6。此外，通过准原位微观DIC和有限元模拟分析表明，FCC/L2₁异构复合结构中多种的异构界面，如RX/L2₁颗粒，RX/NRX，NRX/L2₁针，L2₁岛/FCC颗粒，在变形中形成梯度应变，大幅提高异构强化贡献，显著减缓异构界面应变集中，提高异构应变硬化能力。该研究为解决异构界面局域化和设计高性能成分复杂合金提供重要的设计指南。

图1 添加Al-C的CoNiV合金的微观组织演变和FCC/L2₁双相分布。

图2 添加Al-C的CoNiV合金的工程应力-应变曲线(a)，真应力-真应变曲线(b)，加工硬化率曲线(c)，比屈服强度-均匀延伸率对比图(d)，循环加载曲线(e)及HDI stress曲线(f)。

图3 拉伸变形后异构复合结构，FCC基体的位错交互行为和L2₁颗粒变形行为。

图4 拉伸变形后异构复合结构，FCC基体中变形孪晶演变行为和9R结构的形成机理。

图5 拉伸变形后异构复合结构中，FCC颗粒软化L2₁岛的组织形貌特征。

图6 (a)-(g)传统双相异质结构中微裂纹演变行为，(h)-(k)异构复合结构中微裂纹演变行为。

【招聘信息】

燕山大学先进结构材料团队和逯文君课题组长期招聘博士后，有意向者请将个人简历（PDF）等相关材料发送至fengchaoan@ysu.edu.cn和luwj@sustech.edu.cn，邮件标题请注明“姓名+毕业学校+应聘单位“

【团队介绍】

燕山大学先进结构材料团队介绍：

燕山大学先进结构材料团队负责人为中国工程院院士刘日平教授和国家杰出青年基金获得者张新宇教授。团队长期从事新型高性能材料设计、开发和服役研究工作，提出了一系列新型亚稳材料的设计新方法，发明了亚稳材料制备新技术，开发了多种高性能金属结构材料（锆合金、钛合金和高强钢等），解决了严苛腐蚀、严重磨损等极端环境下服役的关键材料难题，在航空航天、海洋、电子等领域获得推广与应用。目前，团队有固定成员10人，包括中国工程院院士1人、国家级高层次人才1人、国家杰出青年科学基金获得者2人和国家高层次青年人才1人。团队先后主持973计划项目、863项目、国家自然基金重点项目等50余项。获国家和省部级科技奖励多项。在Nature communications, Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, Energy & Environmental Science, Materials Today, Acta Materialia和Nano Letters等国内外著名学术刊物上发表论文500 多篇。获授权国家发明专利100多项。招聘方向：（1）锆合金、钛合金和高强钢等相关方向；（2）金属材料强韧化、相变研究、增材制造等相关方向。

逯文君研究员及团队介绍：

逯文君研究员于2020年10月加入南方科技大学独立建组，任博士生导师。主要研究领域为金属与陶瓷材料的结构亚稳化、高强轻质化及多维表征技术的研究，在亚稳多主元合金的强韧化设计、新型高强轻质钢的开发、以及多维电镜表征方法三方面取得了一系列创新性的研究成果。近年来，在Nature Materials, Advanced Materials, Materials Today, Nature Communications, Science Advances, Advanced Functional Materials, Physical Review Letters, Acta Materialia等期刊上发表论文150余篇。先后获得国家级青年人才、深圳市海外高层次人才以及新材料国际发展趋势高层论坛优秀青年科学家奖（2021）。担任《Materials Research Letters》、《Advanced Powder Materials》、《中国有色金属学报》与《粉末冶金材料科学与工程》期刊青年编委；连续四年（2021 -2024）入选全球前2%顶尖科学家名单。