受到坚韧生物系统中异质结构的启发，研究人员最近尝试在金属中构建异质微观结构。在各种异质结构金属中确实实现了强度和延展性的提高，甚至优于混合规则所预测的强度和延性。然而其变形的基本原理和物理背后的非凡机械效应还没有完全理解。从最近的进展中提取出几个进一步的问题：长期内应力如何与其他潜在或普遍的机制相互作用？异质区间相互作用如何影响应变的适应性？第二个问题涉及施加应变在微观尺度下的协调和分配，这与应变局部化的成核和演化密切相关。

近日，材料动态行为研究所马新凯副教授研究小组以单相面心立方高熵合金中最常见的异质结构之一为例，探讨了上述问题背后的关键基础。特别关注长期内应力如何与其他机制相互作用，以及异质区间相互作用如何影响应变协调。结合实验观察的协同力学响应和塑性机制、内应力发展的理论分析以及潜在机制的激活条件，合成了异构Al0.1CoCrFeNi合金。结果表明，异质区间相互作用和长程内应力也有助于激发均质结构无法达到的潜在塑性变形机制。

相关成果以“Unusual deformation mechanisms evoked by hetero-zone interaction in a heterostructured FCC high-entropy alloy”为题发表在工程技术-材料科学领域顶级期刊《Acta Materialia》上。论文的第一作者为我院2021级硕士生李家豪。论文的主要合作者还包括西安交通大学王艳飞副教授和香港城市大学朱运田教授。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645424008656

由于异质区边界处强烈的位错塞积于而产生的长程内应力积累，从而显著提高了屈服强度。在塑性阶段，高的内应力有助于激活软域（细晶区）的相变，而区间约束导致在硬域（纳米结构区）形成分散的稳定应变带。这些额外的机制连同增强的形变孪晶，促进了加工硬化，并协调了区域之间的应变分配，从而提高了高流动应力下的塑性。这些发现表明了异质结构设计的一个原则：引入强异质区间相互作用来增强长程内应力，从而调用新的变形机制。

感谢国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费GF培育项目等对本研究的资助。另外也要感谢皇冠分析测试中心的TEM表征。

作者介绍：

李家豪：皇冠皇冠硕士研究生，主要从事金属极端力学行为研究，在Acta Mater、J. Mater. Sci. Technol和Mater. Sci. Eng. A等金属材料领域高水平期刊上发表7篇SCI论文，其中学生一作5篇。在校期间获得硕士生国家奖学金（2023）、学业一等奖学金（2022、2023）、优秀研究生标兵（2022、2023）、优秀毕业生（2024）。于2024年9月赴四川大学攻读博士研究生学位。

马新凯：皇冠皇冠副教授，主要从事高性能异构金属/复合材料的制备及其极端工况下的服役行为研究。主持国家自然科学基金等课题10余项，授权发明专利6项。以第一作者/通讯作者在Acta Mater和Corros Sci等高水平期刊上发表33篇SCI论文（其中TOP期刊论文27篇），H因子21，他引1000余次。担任Materials Research Letters（中科院一区）和Progress in Natrual Science: Materials International（中科院二区）等期刊青年编委。指导学生获多项国家奖学金（5人次）、四川省优秀毕业生（2人次）和皇冠优秀硕士学位论文（2人次）等荣誉。