近日，由吉林大學(xué)、西安交通大學(xué)、悉尼大學(xué)、南京理工大學(xué)等組成的研究團(tuán)隊(duì)，對(duì)超高強(qiáng)納米金屬的應(yīng)變硬化提出了一種新的機(jī)制，并依此路徑設(shè)計(jì)了新穎的高性能合金。相關(guān)研究以Uniting tensile ductility with ultrahigh strength via composition undulation為題在Nature線上發(fā)表。

研究團(tuán)隊(duì)以NiCo合金作為模型材料，利用脈沖電沉積工藝，在面心立方單相雙主元固溶體合金中構(gòu)筑出了由納米晶粒（26nm）及其內(nèi)部多尺度成分起伏組成的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)。制備中有意加劇的成分起伏促成了層錯(cuò)能和晶格應(yīng)變場的明顯起伏，其發(fā)生的空間尺度恰能有效地與位錯(cuò)交互作用，從而改變了位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)行為，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出遲滯、間歇、纏結(jié)的特征，促使其在納米晶粒內(nèi)部有效增殖存儲(chǔ)，提高了材料的應(yīng)變硬化能力。

在應(yīng)變硬化與應(yīng)變速率硬化的共同作用下，該納米合金在超高流變應(yīng)力水平上展現(xiàn)出獨(dú)特的強(qiáng)度與塑性的優(yōu)化配置，單相面心立方金屬的屈服強(qiáng)度達(dá)到1.6GPa，最高拉伸強(qiáng)度接近2.3GPa，拉伸斷裂應(yīng)變可達(dá)16%。

研究中展示的是一種基于納米尺度（1～10nm）明顯成分起伏與運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)間相互作用的強(qiáng)化機(jī)制，不同于基于原子半徑差的傳統(tǒng)固溶強(qiáng)化——即單個(gè)溶質(zhì)原子與位錯(cuò)應(yīng)力場間的相互作用。這一結(jié)構(gòu)-成分復(fù)合調(diào)控理念可望為新型合金材料的設(shè)計(jì)與開發(fā)開辟新的思路。下圖為NiCo合金中由納米晶粒和多尺度成分起伏構(gòu)成的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。