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近日，北京理工大學(xué)材料學(xué)院薛云飛教授聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所武曉雷教授、南方科技大學(xué)逯文君教授等，在金屬材料領(lǐng)域權(quán)威期刊《Acta Materialia》發(fā)表題為“Grain-boundary precipitation architected hard-shell heterostructure achieves extraordinary strain hardening in high-entropy alloys”的研究論文。北京理工大學(xué)為第一完成單位，王亮助理教授、逯文君教授、王旭濤博士為共同第一作者，武曉雷教授、薛云飛教授為論文共同通訊作者。香港城市大學(xué)任洋教授、北京航空航天大學(xué)郭文啟副研究員等在同步輻射原位表征、透射電鏡和三維原子探針表征等方面提供重要支持。

晶界析出長(zhǎng)期以來(lái)被視為金屬材料中的“有害因素”，易導(dǎo)致材料發(fā)生晶間脆化。傳統(tǒng)研究思路多聚焦于抑制晶界析出，而研究團(tuán)隊(duì)反其道而行之，通過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的熱處理制度—采用高溫?zé)彳埾?nèi)缺陷，結(jié)合中溫退火誘導(dǎo)BCC相在晶界處不連續(xù)析出—成功將晶界析出轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸娴慕Y(jié)構(gòu)特征，構(gòu)建出獨(dú)特的“核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)”（圖1）。

圖1 晶界析出構(gòu)建核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)

在該結(jié)構(gòu)中，晶內(nèi)FCC/L12基體作為韌性“核”，晶界處不連續(xù)片狀BCC相作為硬質(zhì)“殼”，殼層厚度達(dá)1-7微米，核尺寸小于20微米。變形過(guò)程中，硬質(zhì)殼層約束軟質(zhì)核心，在晶界附近誘導(dǎo)強(qiáng)烈的變形梯度與幾何必需位錯(cuò)增殖，產(chǎn)生顯著的異質(zhì)變形誘導(dǎo)應(yīng)力（圖2），使合金加工硬化能力提升至4 GPa以上；同時(shí)，BCC相的不連續(xù)分布與半共格界面特征保障了晶界與晶內(nèi)的協(xié)調(diào)變形，維持了約30%的優(yōu)異延展性（圖3）。最終，合金屈服強(qiáng)度突破GPa級(jí)，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度、加工硬化與塑性的協(xié)同提升。

圖2 晶界-晶內(nèi)強(qiáng)變形梯度與析出相協(xié)調(diào)變形實(shí)現(xiàn)強(qiáng)異質(zhì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)韌化

圖3 核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)合金強(qiáng)度與加工硬化能力顯著提升的同時(shí)保持優(yōu)異塑性

該工作打破了“晶界析出致性能惡化”的傳統(tǒng)認(rèn)知，為晶界析出的合理利用提供了全新范式，也為高性能高熵合金的設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新路徑。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2026.122151