金屬結構材料的高力學性能化是材料科學研究的前沿熱點問題，沉淀強化是提高金屬力學性能常用的手段之一。然而，沉淀相的非均勻析出和異常長大會嚴重影響材料的性能，尤其是塑性。如何有效地利用沉淀強化提升材料強度的同時避免損失塑性是材料科學領域最重要且棘手的科學難題之一。近日中國科學院力學研究所先進材料力學行為團隊在這一科學研究方面取得重要進展，相關成果以“Improving ductility by coherent nanoprecipitates in medium entropy alloy”為題發表在塑性力學領域權威期刊International Journal of Plasticity上。

金屬材料的強度和延展性是兩個關鍵的力學性能指標，決定了材料在加工成型和服役過程中的行為和表現。為了提高金屬材料的強度，通常在基體中添加一些合金元素，如鎳、鈷、鋁等，使材料處于亞穩態，再經過熱處理時效形成沉淀相晶粒，發揮強化作用。然而，在時效過程中由于受到熱驅動力作用，沉淀相會發生快速形核和異常長大，引起材料在載荷作用下過早的斷裂，嚴重制約了金屬材料的應用和發展。

針對這一難題，研究團隊在(CrCoNi)94Al4Ti2多主元合金中通過預時效-退火-后時效工藝獲得了均勻分布的共格納米沉淀相(平均尺寸約40 nm)。相比傳統時效處理后的材料，預時效處理后，材料的強度幾乎保持不變，而拉伸塑性(延展性)提高了兩倍。微結構表征發現，預時效處理能夠提高沉淀相形核的密度，產生隨機分布的共格納米沉淀相。在塑性變形過程中，高密度的納米沉淀相被位錯切過，促進了位錯平面滑移，有利于幾何必需位錯在相界的塞積產生有效的應變硬化，進而提高了材料的塑性。

論文第一作者為力學所2019級博士生張子晗，論文通訊作者為力學所馬彥助理研究員和袁福平研究員，論文合作者包括香港城市大學的朱運田教授等。該工作得到了國家自然科學基金委員會基礎科學中心項目“非線性力學中的多尺度問題”、科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金、香港研究資助局等項目的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2023.103821

圖1. (a)預時效處理與未處理的多組元合金的應力-應變曲線；(b) 預時效處理獲得高密度共格納米沉淀相及位錯切過沉淀相；(c) 變形后位錯、層錯與沉淀相的交互作用。