B2有序金屬間化合物是一種具有較高強度和熔化溫度的材料，有望在高溫結構中得到應用，但大多數B2金屬間化合物中缺少獨立的滑移系、高的層錯能(SFE)和高的反相界面能，導致該材料很難通過位錯運動來調整塑性變形，因而在室溫下會呈現出脆性，嚴重阻礙了其商業化應用。

近日，普渡大學的研究學者提出了通過引入可運動位錯來改善脆性金屬間化合物變形能力的新方法，從而使材料獲得了3.5GPa的高屈服強度、可持續加工硬化至5Gpa且塑性變形基本均勻（CoAl層平均塑性應變達35%），表現出了優異的強度-變形性協同效應，為提高各種脆性材料的室溫塑性提供了一個新的研究思路。這項研究結果近日被發表在國際期刊《Scripta Materialia》上。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2025.116638

【核心內容】

研究通過離子噴丸技術在Fe層引入高密度可運動位錯并使位錯跨共格界面傳播至CoAl層，達到了3.5GPa的屈服強度、5GPa加工硬化和顯著均勻塑性變形，為改善脆性金屬間化合物變形能力提供新方法。

圖形摘要

【研究方法】

該研究采用磁控濺射制備CoAl 100nm/Fe 10nm納米層狀材料，通過XRD、TEM等方式進行微觀結構表征，利用原位掃描電子顯微鏡微柱壓縮試驗測試力學性能，結合幾何相位分析等方法研究位錯行為，探究通過引入跨共格界面的可運動位錯改善脆性金屬間化合物變形能力。

【研究成果】

① 提出有效改善策略

通過離子噴丸在Fe層引入高密度可移動位錯，使其跨CoAl/Fe共格界面傳播至CoAl層，調整CoAl的塑性變形，從而改善其變形能力。

CoAl/Fe納米層狀物變形前的橫截面電子顯微鏡圖像

② 優異力學性能

原位微柱壓縮試驗顯示，該模型系統屈服強度達3.5GPa，可持續加工硬化至5GPa，且具有顯著的均勻塑性變形，強度-變形能力協同性優于其他B2金屬間化合物及復合材料。

用原位掃描電子顯微鏡微柱壓縮試驗研究CoAl/Fe納米層狀物的力學性能及性能對比圖

變形CoAl/Fe微柱的透射電子顯微鏡分析

③ 揭示變形機制

Fe層中的可運動位錯持續跨共格界面傳播至CoAl層是塑性變形的關鍵，變形前CoAl位錯密度極低（2.75×10¹?/m²），Fe層位錯密度高（5.92×10¹?/m²），變形后CoAl位錯密度增至1.19×10¹?/m²，增加近兩個數量級，與Fe層位錯密度1.29×10¹?/m²相當。同時，HRSTEM 的 IFFT 分析直接觀察到 [111] 和 [100] 型位錯在 CoAl/Fe 共格界面兩側的連續分布，證實位錯從 Fe 傳播至 CoAl，為塑性變形提供了直接證據。

CoAl/Fe界面變形前(a-d)和變形(e-h)后的橫截面電子顯微鏡圖像

變形前后CoAl/Fe界面的GPA

【總結與展望】

該研究提出的通過構建具有共格界面的金屬/金屬間化合物層狀結構，利用金屬作為持續位錯源、共格界面作為低阻力位錯傳輸通道來改善脆性材料室溫塑性的策略，具有廣泛的應用前景。未來可將該策略推廣至其他類似的如NiAl、FeAl等脆性B2金屬間化合，或拓展到陶瓷材料領域，為提升更多脆性材料的變形能力提供新的思路和方法，在材料性能改善方面具有巨大的潛力。