圖a.單相CrCoNi中熵合金在拉伸試驗后出現的多級非均相結構：微米尺寸的晶粒（白色），亞微米晶粒（藍色）和納米晶粒（有色）。納米晶粒在亞微米晶粒的晶界處形成。 圖b.為合金的拉伸曲線。 圖C為合金的加工硬化率。圖d.為屈服強度和均勻伸長率曲線。圖片來自：吳曉蕾

    研究者們總是希望金屬材料在具有高強度的同時也具有非常好的塑性。然而，盡管通過簡單的塑性變形或者將其細化到納米尺度，金屬材料的強度可以十分容易地增加5到15倍，但強度的增加通常伴隨著塑性的劇烈下降。塑性強烈依賴于加工硬化能力，在高強度材料中塑性會變得很差，特別是在單相材料中尤其明顯。

    在美國約翰霍普金斯大學馬恩教授的協助下，中國科學院吳曉蕾研究小組取得了一系列研究成果。近日，就在美國國家科學院院刊上發表了一項關于“增強多級多相晶粒結構（HGS）策略”的研究動態 。他們使用面心立方CrCoNi中熵合金（MEA）作為研究對象，演示了這種HGS策略。

    在單相均質晶粒中，背應力硬化通常不明顯。為了克服這一點，科學家故意創造了異常不均勻的晶粒結構。他們利用MEA的低堆垛層錯能，在拉伸應變過程中產生雙晶納米晶粒和堆垛層錯，動態增強不均勻性。

    對于由此產生的極端HGS，背應力硬化可以變得很強，并且在沒有任何第二相不均勻的情況下，施加千兆應力后還能承受較大的拉伸應變。具體來講，研究人員使用冷軋和再結晶退火，巧妙地構建了HGS三級晶粒尺寸（微米，亞微米和納米），當HGS發生塑性變形時，應力和應變會重新分配。

    由于晶界處的壓力較大，新的納米晶粒便會在晶界處形成。這種動態晶粒細化，類似于TWIP效應和TRIP效應，有助于背應力硬化，并且這是迄今為止報道的，在所有合金中是最大的。

    這種HGS在單相簡單結構（FCC）合金中實現了強度 – 塑性組合，通常需要復雜的非均質性，例如多相鋼。