B2有序金属间化合物是一种具有较高强度和熔化温度的材料，有望在高温结构中得到应用，但大多数B2金属间化合物中缺少独立的滑移系、高的层错能(SFE)和高的反相界面能，导致该材料很难通过位错运动来调整塑性变形，因而在室温下会呈现出脆性，严重阻碍了其商业化应用。

近日，普渡大学的研究学者提出了通过引入可运动位错来改善脆性金属间化合物变形能力的新方法，从而使材料获得了3.5GPa的高屈服强度、可持续加工硬化至5Gpa且塑性变形基本均匀（CoAl层平均塑性应变达35%），表现出了优异的强度-变形性协同效应，为提高各种脆性材料的室温塑性提供了一个新的研究思路。这项研究结果近日被发表在国际期刊《Scripta Materialia》上。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2025.116638

【核心内容】

研究通过离子喷丸技术在Fe层引入高密度可运动位错并使位错跨共格界面传播至CoAl层，达到了3.5GPa的屈服强度、5GPa加工硬化和显著均匀塑性变形，为改善脆性金属间化合物变形能力提供新方法。

图形摘要

【研究方法】

该研究采用磁控溅射制备CoAl 100nm/Fe 10nm纳米层状材料，通过XRD、TEM等方式进行微观结构表征，利用原位扫描电子显微镜微柱压缩试验测试力学性能，结合几何相位分析等方法研究位错行为，探究通过引入跨共格界面的可运动位错改善脆性金属间化合物变形能力。

【研究成果】

① 提出有效改善策略

通过离子喷丸在Fe层引入高密度可移动位错，使其跨CoAl/Fe共格界面传播至CoAl层，调整CoAl的塑性变形，从而改善其变形能力。

CoAl/Fe纳米层状物变形前的横截面电子显微镜图像

② 优异力学性能

原位微柱压缩试验显示，该模型系统屈服强度达3.5GPa，可持续加工硬化至5GPa，且具有显著的均匀塑性变形，强度-变形能力协同性优于其他B2金属间化合物及复合材料。

用原位扫描电子显微镜微柱压缩试验研究CoAl/Fe纳米层状物的力学性能及性能对比图

变形CoAl/Fe微柱的透射电子显微镜分析

③ 揭示变形机制

Fe层中的可运动位错持续跨共格界面传播至CoAl层是塑性变形的关键，变形前CoAl位错密度极低（2.75×10¹⁴/m²），Fe层位错密度高（5.92×10¹⁵/m²），变形后CoAl位错密度增至1.19×10¹⁶/m²，增加近两个数量级，与Fe层位错密度1.29×10¹⁶/m²相当。同时，HRSTEM 的 IFFT 分析直接观察到 [111] 和 [100] 型位错在 CoAl/Fe 共格界面两侧的连续分布，证实位错从 Fe 传播至 CoAl，为塑性变形提供了直接证据。

CoAl/Fe界面变形前(a-d)和变形(e-h)后的横截面电子显微镜图像

变形前后CoAl/Fe界面的GPA

【总结与展望】

该研究提出的通过构建具有共格界面的金属/金属间化合物层状结构，利用金属作为持续位错源、共格界面作为低阻力位错传输通道来改善脆性材料室温塑性的策略，具有广泛的应用前景。未来可将该策略推广至其他类似的如NiAl、FeAl等脆性B2金属间化合，或拓展到陶瓷材料领域，为提升更多脆性材料的变形能力提供新的思路和方法，在材料性能改善方面具有巨大的潜力。