增材制造技術憑借多種復雜熱物理過程和非平衡凝固的特點，產生了獨特的微觀組織和優異的力學性能。其中，亞微米尺度胞狀組織展現出優異的位錯強化效果。在此基礎上，通過后熱處理引入共格納米析出相可實現強度的有效提升。然而，上述通過控制線缺陷和體缺陷的傳統強化策略，其強度增加通常以塑性的降低為代價。共格孿晶界作為材料內部的面缺陷，為設計具有優異“強度-塑性”協同作用的先進金屬材料提供了一條有效途徑。然而，在未經嚴重塑性變形的情況下，將納米孿晶引入到增材制造組織中極具挑戰性。

近日，西北工業大學王錦程教授團隊首次利用增材制造合金中的特征胞狀組織，在激光選區熔化析出強化型Ni35Co35Cr25Ti3Al2中熵合金中引入了高密度多尺度退火孿晶。多尺度退火孿晶協同納米析出網絡以及大量位錯，實現了~1.4 GPa的抗拉強度和~25%的優異拉伸塑性。研究發現激光選區熔化工藝誘導的胞狀組織，其胞壁具有高密度位錯和Ti元素偏析共存的特征，通過與再結晶遷移界面的交互作用，促進了高密度退火孿晶的形核。此外，胞狀納米析出網絡阻礙了孿晶界的遷移，增強了納米級退火孿晶的熱穩定性。在熱處理態合金塑性變形過程中，位錯與多尺度退火孿晶頻繁的相互作用使孿晶界逐漸失去共格性，并促進位錯的增殖和存儲，有助于提高加工硬化能力，實現優異的塑性。目前研究通過利用胞狀組織的有益作用推動了增材制造新型微觀組織的設計和探索，為開發具有優異力學性能的金屬材料提供指導。

相關研究成果以“Multi-scale annealing twins generate superior ductility in an additively manufactured high-strength medium entropy alloy”為題目發表在塑性加工領域頂級期刊《International Journal of Plasticity》。論文第一作者為博士研究生郭博靜，王錦程教授與何峰教授為共同通訊作者，西北工業大學為通訊單位。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2024.104045

摘要圖：本文展示了一種通過激光選區熔化和后熱處理制備的新型微觀組織，集成了多尺度退火孿晶、納米析出和位錯，產生了顯著的“強度-塑性”協同效應。結合ECCI和TEM技術揭示了高密度多尺度退火孿晶的起源，首次闡明了增材制造胞狀組織在退火孿晶形核中的關鍵作用。利用原位EBSD和TEM等多尺度表征方法揭示了合金的強韌化機制。在變形組織中，除位錯平面滑移、層錯和L-C位錯鎖之外，多尺度退火孿晶在其與位錯頻繁的交互作用過程中逐漸失去共格性，并促進位錯的增殖和存儲，提供了額外的應變硬化和拉伸塑性。

西北工業大學材料學院王錦程教授團隊長期開展材料多尺度模擬計算、材料基因工程與合金設計、高熵合金及增材制造等方面的科研工作。近年來，團隊先后承擔國家自然科學基金項目、國家重點研發計劃等國家級及省部級科研項目20余項，高水平論文200余篇，其中在Nature Communications, Acta Materialia, International Journal of Plasticity, Additive Manufacturing等國際頂級期刊發表論文40余篇，授權發明專利12項，獲省部級科學獎勵2項。西北工業大學材料微觀組織計算及合金設計課題組網站：http://www.jchwang.com/