金属结构材料强度-塑性倒置关系是制约其向高性能化发展的核心瓶颈。沉淀强化型合金是航空航天、能源等领域高端结构件的核心材料，如航空发动机涡轮叶片等。传统沉淀强化策略虽能通过引入纳米沉淀相阻碍位错运动来提升强度，但存在两大问题：一是难以精准控制沉淀相的尺寸、分布及体积分数，易导致强化效果不均；二是沉淀相对再结晶行为的调控作用未被充分挖掘，无法通过多尺度微观结构设计实现“强度-塑性”协同，极大限制了沉淀强化型合金在高端装备领域的进一步应用。

针对上述难题，南京理工大学材料科学与工程学院高性能亚稳材料团队提出了一种通过纳米沉淀相精准调控异质结构的创新策略，成功在轻质复杂成分合金中实现了强度与塑性的“双赢”。相关研究成果以“Enhancing strength-ductility synergy in lightweight complex concentrated alloys via nano-precipitate tailored heterostructures”为题，发表于金属材料领域顶刊Acta Materialia, 2025, 299: 121468。论文第一作者为唐颂副教授，通讯作者为兰司教授、唐颂副教授、寇宗德讲师，陈国平硕士和芮腾硕士（博士在读）为共同第一作者，南京理工大学为唯一通讯单位。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金面上、青年等项目资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121468

研究团队提出“纳米沉淀相调控异质结构”的设计思路，通过“成分设计-工艺调控-微观结构优化”的全链条创新，实现了材料性能的突破。通过调控合金中沉淀相形成元素（本文即Al/Ti）含量，利用不同含量下沉淀相的尺寸、体积分数差异及晶界/晶内沉淀相的不同特性（晶界沉淀相尺寸大、体积分数低，晶内沉淀相尺寸小、体积分数高），实现对再结晶行为的差异化调控，进而获得从全再结晶、双峰异质到未再结晶的多样化微观结构（图1）。

依据“沉淀相形成元素含量达临界阈值时，晶界沉淀相促进局部再结晶、晶内沉淀相通过颗粒拖拽效应阻碍晶界迁移”的核心逻辑，在AT8合金中精准调控Al/Ti含量至临界值，使其形成细晶再结晶区域与粗晶变形区域共存的双峰异质结构，该结构是实现强度-塑性协同的关键。借助纳米沉淀相既作为强化相阻碍位错运动，又作为微观结构调控剂构建异质结构，最终让异质结构通过异质变形诱导强化与应变硬化能力保留的协同作用，突破传统强度-塑性权衡关系。本文提出的“纳米沉淀相调控异质结构”设计方法，可推广至镍基高温合金、铝合金、BCC镁锂合金等其他沉淀强化型合金，为解决“强度-塑性”权衡问题提供普适方案。

图1. (a) 由沉淀相形成元素含量调控的、不同尺寸与体积分数的析出相对再结晶动力学影响的示意图；(b) 晶内和晶界处沉淀相特征示意图；(c-e) 不同沉淀相形成元素含量(对应图a)诱导完全再结晶、部分再结晶、未再结晶微观组织的示意图。

图2. (a)-(c)所设计的 AT6、AT8、AT10 合金的计算相图；(d) 退火温度选择原则的示意图；(e) 基于计算相图为三种实验合金设计的加工路线。

图3. AT6-H、AT8-H和AT10-H合金的(a) 反极图（IPF）、(b) 晶粒平均取向差（KAM）图、(c) 极图及(d)取向差分布图。AT6-H呈现完全再结晶特征，AT8-H呈现部分再结晶（双峰异构）特征，AT10-H呈现变形态特征。

图4. AT6-H、AT8-H和AT10-H合金中沉淀相(a) 明场相；(b) 暗场相; (c) 典型晶内和晶界处沉淀相特征。随着沉淀相形成元素(Al, Ti)含量增加，沉淀相尺寸减小、体积分数增加（与同步辐射结果一致），且晶界处沉淀相尺寸显著大于晶内。

图5. (a) 计算得到的异质变形诱导（HDI）应力与实测屈服强度（YS）的对比图；(b) 本研究设计的复杂成分合金与现有复杂成分合金力学性能Ashby图。本研究设计的AT-8 合金展现出 1580 MPa屈服强度、1645 MPa 抗拉强度及～20% 断后伸长率的最优性能，突破了传统强度-塑性权衡关系。