析出强化是通过在基体中均匀地析出新相，这些第二相分布在基体中在变形时会起到阻碍位错运动的效果，从而增加对塑性变形的抗力，最终在宏观上，材料的强度会有所提升，这就是提高材料强度的一种常用强化机制。在传统析出强化合金中纳米析出相的强化效果更为显著，但这种强化机制常伴随着材料塑性的降低。在高性能的多主元合金（MPEAs）中，由于其纳米析出相的稳定性和均匀性，使得纳米析出强化成了材料强度提高的主导机制。

为了避免该机制带来的塑性降低，近期上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室的陈哲教授团队在《Nano Letters》期刊上发表题为“Chemical Short-Range Ordering in Nanoprecipitates Modulates Planar Faults to Enhance Mechanical Properties”的研究论文，研究团队提出引入“SRO”结构，以调控滑移面缺陷的形成能，从而优化材料的应变硬化与位错行为，基于这一策略，团队首次在长程有序L12析出相中直接观察到明显的化学短程有序结构（SRO），并阐明其在位错调控中的关键作用。这项研究提出了一种全新的合金设计策略——通过调控纳米析出相内部的化学异质性来提升合金的强度和塑性性能，突破传统析出强化合金的优化框架，为下一代高性能结构材料设计开辟新思路。

文章链接：

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c01602

【核心内容】

在这项研究中，团队为了在不牺牲塑性的前提下，通过稳定的纳米析出相来提高MEPA合金的力学性能，于是创新性地在材料内部构建了SRO结构，并研究其对位错行为的调控作用，研究对象为FCC基的Co₄₀Ni₃₀Cr₂₀Al₅Ti₅（Al₅Ti₅）与Co₄₀Ni₃₀Cr₂₀Al₅Ti₄Ta₁（Al₅Ti₄Ta₁）两种多主元合金体系。

团队发现Ta会优先分离到L12纳米析出相中，且由于其独特的化学亲和力和与Al的原子尺寸差异，创造了促进化学非均质性的原子环境，成功实现了短程有序结构。团队用通过高分辨HAADF-STEM图像与能谱表征了L12析出相的化学非均质性，随后通过实验和密度泛函理论（DFT）的模拟结果证实，SRO结构调控了滑移面上的能量分布，显著降低了超晶格本征层错（SISF）的形成能及能垒，促使纳米析出相内部在变形早期就形成高密度SISFs与位错锁，提升材料的应变硬化能力。这种调节纳米析出相化学非均质性的策略为设计合金提供了一个新的视角，超越了受粒度和体积分数优化限制的传统析出强化框架，为开发下一代高强高延性合金提供了全新思路。

图形摘要

【研究方法】

该研究共包含两种研究对象，分别是传统的Co₄₀Ni₃₀Cr₂₀Al₅Ti₅（Al₅Ti₅）和引入微量Ta元素的Co₄₀Ni₃₀Cr₂₀Al₅Ti₄Ta₁（Al₅Ti₄Ta₁），1 at.% Ta元素加入基体后，形成独特的化学异质性。借助HAADF-STEM及EDX分析，清晰捕捉到L1₂析出相中B位Ta富集引起的亮/暗强度差异，证实了B位选择性短程有序结构的存在。

纳米析出相化学非均质性的设计策略

HAADF-STEM显示Al₅Ti₄Ta₁合金L12析出相中强度分布呈双峰特征，体现出短程有序结构

【研究成果】

① 关键机制解析

利用高分辨TEM与微柱压缩实验结合，作者在Al₅Ti₄Ta₁合金中观察到纳米析出相内部形成大量叠层错层（SISFs）和位错缠结网络，显著增强材料的应变硬化能力。进一步的DFT计算揭示：Ta元素的引入提升了反相界面（APB）与复合层错（CSF）的形成能，同时降低了SISF的形成能，为滑移面错层的形成提供了有利能垒条件。

Al₅Ti₅和Al₅Ti₄Ta₁合金的显微组织

Al₅Ti₄Ta₁合金中Ta的SRO分析

DFT计算表明Ta元素引入后重塑了位错滑移能垒分布

② 力学性能提升

Al₅Ti₄Ta₁合金的屈服强度提升至1080MPa，极限抗拉强度达1550MPa，相比未添加Ta的Al₅Ti₅合金分别提高了27%与16%，且未牺牲延展性。

Al₅Ti₅和Al₅Ti₄Ta₁合金单晶微柱压缩

化学非均质性对室温力学性能和变形行为的影响

【总结与展望】

研究通过实验证实在纳米析出相中构建短程有序结构能显著提升多主元合金的力学性能，从原子尺度调控塑性变形机制，有效缓解“滑移面软化”问题。这一成果不仅为高熵合金的强韧化提供了新路径，也为航空航天、核能与高温服役环境中的合金设计提供理论与方法支撑。