在材料科學領域，金屬和合金的強度與延展性一直是研究人員關注的焦點。長久以來，經典的強化機制在提升金屬強度的同時，往往會導致延展性的嚴重損失，這一矛盾如同橫亙在材料科學家面前的一座大山。不過，近期一項發表于《自然通訊》的研究成果，為解決這一難題帶來了新的曙光。

傳統的教科書理論認為，加工硬化材料中初始的高密度位錯會損害材料的延展性。在實際的金屬加工過程中，像軋制、拉拔和扭轉等工藝，會使位錯不斷積累，最終形成平衡態的低能量位錯結構（LEDS）。這種結構雖然能提高屈服強度，卻極大地削弱了位錯的移動性和增殖能力，導致材料延展性變差，強度與延展性之間似乎只能“二選一” 。

為了突破這一困境，來自西北工業大學、香港城市大學等多機構的科研團隊，受自然界非平衡復雜系統自組織現象的啟發，對一種通過增材制造技術制備的中熵合金展開研究，探索其內部偏聚 - 位錯自組織結構（SD - SOS）的奧秘。

科研團隊利用激光粉末床熔融（LPBF）技術，制備出了Ni35Co35Cr25Ti3Al2合金。這種合金的微觀結構十分獨特，高密度的位錯與Ti偏析的胞狀凝固界面相互重疊，呈現出蜂窩狀或柱狀的形態。而且，SD - SOS邊界存在大量的層錯（SFs）和Lomer - Cottrell（L-C）鎖，這些微觀特征與傳統的LEDS截然不同。

在對合金進行拉伸性能測試時，科研人員發現了令人驚喜的結果。與鑄態合金相比，具有SD-SOS結構的合金屈服強度幾乎翻倍，從338±5MPa提升到了655±14MPa；更重要的是，其延展性也相當出色，達到了約35%，遠超軋制合金的約16%。即便在加載方向垂直于構建方向這種通常會降低延展性的情況下，該合金依然能保持良好的拉伸延展性。

進一步的研究揭示了其中的變形微觀機制。在塑性變形過程中，位錯滑移是主要的變形方式。SD-SOS邊界會阻礙位錯的滑移，使得滑移帶間距不斷細化。通過原位同步輻射X射線衍射（SXRD）分析發現，該合金在變形過程中的位錯密度顯著增加，并且位錯的存儲速率更高。SD-SOS邊界不僅能作為高效的位錯源發射位錯和SFs，還能與滑移位錯相互作用形成L-C鎖和割階，實現大量位錯的存儲，從而提高合金的應變硬化能力，降低應力集中，保證了合金的高延展性。

這項研究成果意義重大。它打破了傳統理論中關于位錯強化必然犧牲延展性的認知，為合金的性能優化開辟了新的道路。SD-SOS作為增材制造合金中的常見特征，意味著相關研究成果具有廣泛的適用性。通過調整增材制造工藝條件、溶質偏析和堆垛層錯能等因素，有望實現對合金性能的精準調控，滿足不同工程領域對材料強度和延展性的特殊需求。

未來，隨著研究的深入，這種基于SD-SOS的位錯工程策略，可能會在航空航天、汽車制造、醫療器械等眾多領域得到應用，推動相關產業的材料升級，為實現更高效、更安全的工程設計提供有力的材料支撐。 

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-56710-3