近年來，基于多主元的高熵合金逐漸成為設(shè)計(jì)強(qiáng)韌性材料的新范式，與傳統(tǒng)合金相比，這種多主元合金具有更為廣闊的成分設(shè)計(jì)空間。然而，隨著主元數(shù)的增加，在提升強(qiáng)度的同時也不可避免地降低了合金的流動性，加劇了凝固時的偏析。即便采用復(fù)雜且耗時的機(jī)械熱處理也難以完全消除這種鑄造缺陷，對于制造理想微觀結(jié)構(gòu)和組織均勻的大型構(gòu)件帶來了重重挑戰(zhàn)。共晶高熵合金（EHEAs）為解決上述困境提供了新的思路，由于共晶反應(yīng)在凝固過程中不存在固液兩相區(qū)（即糊狀區(qū)），而是通過均勻雙相層片的耦合生長，有效地抑制了化學(xué)成分偏析、縮孔等鑄造缺陷。因此，共晶高熵合金的設(shè)計(jì)理念為材料的工程應(yīng)用提供了廣闊的前景。本研究以傳統(tǒng)共晶合金為研究對象，使用成分簡單的NiFeAl合金代替多主元合金，在兼顧制備工藝和制造成本的基礎(chǔ)上達(dá)到了性能的協(xié)同提升。

綜上所述，本研究通過納米析出相工程設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)三元共晶NiFeAl合金中制備出一種蠶繭狀的超級位錯網(wǎng)結(jié)構(gòu)，平均孔洞直徑小到26納米，實(shí)現(xiàn)了前所未有的共晶結(jié)構(gòu)細(xì)化，因而順序激活了多重新型的強(qiáng)韌化機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了金屬間化合物的室溫塑化，克服了低溫脆性，突破了傳統(tǒng)共晶材料的強(qiáng)塑性記錄，為開發(fā)低廉、實(shí)用、高性能的耐低溫合金材料開辟了全新的途徑。該研究成果是鐘云波教授領(lǐng)銜的 “新能源產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵材料超常冶金與制備”上海市重點(diǎn)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)繼在《Science》，《Materials Today》，《Nature Communications》等國際頂級期刊上發(fā)表一系列研究性論文后，在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得的又一項(xiàng)重要科研進(jìn)展。同時，也是該團(tuán)隊(duì)以徐匡迪院士“聚焦行業(yè)今后10~20年中面臨關(guān)鍵科學(xué)問題展開研究”的戰(zhàn)略指導(dǎo)思想為指引，在聚焦先進(jìn)基礎(chǔ)材料提質(zhì)升級、培育高性能新材料發(fā)展新動能方面做出的又一重要原創(chuàng)性貢獻(xiàn)。

圖3 蠶繭狀納米位錯網(wǎng)結(jié)構(gòu)共晶合金的優(yōu)異力學(xué)性能組合

該成果由上海大學(xué)、香港城市大學(xué)、西安交通大學(xué)等多家單位合作完成，其中上海大學(xué)為第一署名單位，上海大學(xué)鐘云波教授、西安交通大學(xué)馬恩教授為共同通訊作者，上海大學(xué)與香港城市大學(xué)的時培建博士為第一作者，上海大學(xué)材料學(xué)院的李毅博士生、蔣鑫博士生、沈喆副教授、林中澤博士生、李強(qiáng)副教授、丁彪副教授、鄭天祥副教授、任維麗教授、雷作勝教授，上海大學(xué)微結(jié)構(gòu)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室梁雪高級實(shí)驗(yàn)師、閔娜副研究員、彭劍超實(shí)驗(yàn)師、李慧副研究員為合作署名作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金區(qū)域聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目（No. U23A20607）、科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFB0109404, 2022YFC2904901， 2022YFC2904903 & 2022YFC2904905）、國家自然科學(xué)基金（No. 52231001）和111工程（No. BP2018008）的資助。