高强与高塑，可以说是材料领域尤其是金属材料领域永远绕不开的话题之一，无论是何种使用场景，首要评估的性能基本都是强塑性是否足够，随后才是更贴合服役场景的使用性能评估。传统的金属间化合物纳米析出相（INPs）虽然能有效强化合金，但往往天然具有硬脆属性，且在变形过程中容易被位错剪切，引发“滑移面软化”现象，导致塑性变形高度局域化，尤其是在低温环境下，软FCC相和硬BCC相组成的双相合金中BCC相的固有脆性会进一步加剧强度与塑性的冲突。

近日，西安交通大学与四川大学等团队通过在一种双相（FCC/BCC）中熵合金（MEA）中设计一种具有“核-壳”结构的B2型多组分金属间化合物纳米析出相（MINPs），成功克服了传统析出相固有的强塑矛盾，所获得的合金即使在77K的低温环境下，其屈服强度仍能达到1360MPa，抗拉强度达1740MPa，均匀延伸率仍有14%，这一卓越的性能组合超越了目前大多数先进的高强钢和多主元合金，为开发适用于极端环境（如深空、深海）的高性能结构材料开辟了新路径。目前这一成果以张金钰教授、王辉教授和宋温丽副研究员作为通讯作者，在线发表于材料领域的国际期刊《Advanced Science》，论文题为“Structurally Complex Precipitates Enhance Strength-Ductility Synergy in a Duplex Medium Entropy Alloy”。

文章链接：

https://doi.org/10.1002/advs.75787

【核心内容】

团队提出了一种“结构复杂化”策略，在Fe58Ni16Cr16Al10(at.%)双相中熵合金中，经热轧水淬预处理后，采用不同温度退火+冷却得到不同结构的样品，其中在800℃/1h空冷处理的CP样品中得到结构独特的B2型MINPs，在BCC基体中，能够阻碍位错运动并于诱发位错增殖；而在FCC基体中，非共格的普通B2 MINPs则能诱发孪晶诱导塑性（TWIP）效应。用于对比的则是900℃/1h空冷处理的OP样品以及1200℃/30min水淬处理的DL样品。

双相Fe₅₈Ni₁₆Cr₁₆Al₁₀中熵合金三种典型微观结构的显微组织与相分布图（DL、OP、CP样品）

【研究成果】

① 独特的“核-壳”微观结构

在CP样品中构建了核壳结构，球形B2 MINPs内部弥散分布着更小的无序BCC纳米核，无论是基体/外壳界面还是外壳/内核界面都保持着共格关系，这有利于应力传递，同时外壳富集Ni/Al，而内核富集Fe/Cr。

CP合金中结构复杂B2多组分金属间纳米析出相（MINPs）的核壳纳米结构与成分分布

② 卓越的力学性能

无论是在室温还是低温，CP样品的屈服强度、抗拉强度和延伸率均优于不含析出相的DL样品和含普通析出相的OP样品，特别是在77K下，其抗拉强度接近2GPa，同时保持了14%的均匀延伸率，这在BCC基合金中处于显著的领先水平。

DL、OP、CP样品在298 K和77 K下的力学曲线及加工硬化率，以及与已有先进合金的强度-塑性协同性能对比

③ 变形机理

在变形的后期，团队在CP样品的BCC相中观察到位错密度的明显增加，这是由于FCC相与BCC相及B2相之间的硬度差异，载荷会自然地由FCC相向BCC相和B2相转移。而在77K低温下，CP样品中的B2 MINPs内部位错类型从传统常见的<100>型转变为更难激活但能提供更大塑性的<111>型。同时，核壳结构中的化学不均匀性使得位错运动呈现“锯齿状”，有效避免了传统析出相导致的滑移面软化。

原位中子衍射拉伸实验设置、晶格应变演化、位错密度变化、相应力演变，以及OP和CP样品在不同温度下的变形位错亚结构

【总结与展望】

这项工作中构建了具有“核-壳”结构的B2型MINPs，在BCC基体中实现了优异的自硬化能力。该项材料优化策略对指导未来开发兼具高高塑和优异低温韧性的新一代结构材料具有重大的参考意义和工程应用价值。