通常，金屬結構材料的強度和韌性具有此消彼長的關系，如何同時提升強度與韌性一直是金屬材料領域的核心問題與重大挑戰。共晶多主元合金因具有“軟”和“硬”相交替排布的共晶結構而具備高強度與延展性的平衡，但傳統共晶多主元合金特定的層片狀或棒狀共晶結構也限制了其力學性能的進一步突破。

近日，中國工程物理研究院聯合香港城市大學、新疆大學等團隊在國際頂刊《Advanced Science》發布重磅研究成果，成功開發出新型蠕蟲狀共晶多主元合金。該合金顛覆了傳統層片狀/棒狀共晶結構，實現了強度與延展性的雙重飛躍。這項研究不僅為共晶合金家族增添新成員，也為高性能金屬結構材料設計開辟新路徑！

研究團隊制備了(AlCrFe₂)₆₅Ni₃₅多主元合金，并通過相圖計算和差示掃描量熱分析（DSC）確認合金具有共晶組織。該合金具有蠕蟲狀共晶結構由扭曲的亞微米級FCC相和失穩分解的納米級BCC/B2相組成。與層片狀共晶結構相比，蠕蟲狀共晶結構在空間上具有更豐富的FCC－BCC/B2相界，從而在變形過程中能夠產生更顯著的異質變形誘導強化效應。蠕蟲狀共晶多主元合金的抗拉強度達到1322 MPa，延伸率達到19.5 %，均顯著超過類似制備工藝下的同體系典型層片狀共晶多主元合金。此外，扭曲分布的相結構能夠有效弱化應力集中，促進位錯增值，進而提高合金均勻變形能力，局部二維全場應變顯示合金均勻變形量超過15%。

為揭示蠕蟲狀共晶結構的形成機制，團隊建立相場－相場微彈性耦合模型來模擬凝固過程。在層片狀共晶多主元合金中，FCC與BCC相彈性模量具有顯著差異，強烈的界面能各向異性誘導了“晶體學鎖定”效應，迫使兩相定向生長，形成層片狀共晶形態。在蠕蟲狀共晶多主元合金中，兩相具有相似的彈性模量使得界面能趨于各向同性，以至于環境中微小的熱擾動即可引發層片結構發生扭曲，最終形成蠕蟲狀共晶結構。

從“直線”到“蠕蟲”，不僅是微觀形貌的革新，更是材料設計哲學的躍遷。此項成果不僅拓展了共晶合金的設計思路，也為高性能結構材料的開發提供了結構設計新范式。

中國工程物理研究院/新疆大學博士生黃留飛和香港城市大學博士生韓宜成為論文的共同第一作者，中國工程物理研究院李晉峰研究員和香港城市大學欒亨偉博士后、呂堅院士為論文的共同通訊作者，其他重要合作者包括新疆大學孫耀寧教授，香港大學A. S. L. Subrahmanyam Pattamatta研究助理教授（RAP），香港城市大學欒軍華博士，中國工程物理研究院任聰聰和周元楓老師，大連理工大學王清教授和美國田納西大學Peter K. Liaw院士。

投稿作者：黃留飛

論文信息：L.F. Huang, Y.C. Han, Y.N. Sun, et al, Vermicular Eutectic Multi-Principal Element Alloy with Exceptional Strength and Ductility. Advanced. Science. 2025, 2501150. https://doi.org/10.1002/advs.202501150

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