实现高强度与高延展性的协同突破一直是结构材料设计的核心挑战。对于含有脆性金属间化合物的多主元合金（MPEAs），强-塑性难以兼得常受限于B2相的早期脆断行为。尽管前人通过引入纳米析出相或梯度结构等方式实现局部改善，但往往面临处理复杂、成本高昂、难以规模化等问题，尤其在存在脆性金属间相的高熵或多主元合金（MPEAs）体系中，强-塑性权衡问题尤为突出。

由上海大学时培建教授为第一兼通讯，香港城市大学刘锦川院士，清华大学高华健院士、香港城市大学朱运田院士和上海大学钟云波教授为通讯作者，以及北京大学、北京科学智能研究院、新加坡科技研究局高性能计算研究院、香港大学与香港科技大学等多家重磅单位的研究人员，强强联合组成的豪华团队，在《PNAS》期刊发表了题为“Strong, ductile, and hierarchical hetero-lamellar-structured alloys through microstructural inheritance and refinement”的研究论文，该工作创新性提出了一种基于组织继承与快速热处理的层级异质结构设计策略，在仅需10分钟退火的条件下，即实现了超越以往复杂处理工艺的强度-延展性协同性能极限，为高性能结构材料的快速制备提供了新的范式。

文章链接：

https://doi.org/10.1073/pnas.2409317121

【核心内容】

这项研究通过简单的冷轧和10min退火的方法在三相Al0.7CoCrFeNi多主元合金中制备出了层级异质层片结构（HLS），团队提出的这一优化方案相较于其他方案，无论是工艺简易程度亦或是成本上都要更加出色，且这一优化策略取得了显著的成果，屈服强度和延伸率分别提升到了1.07GPa和20.5%，实现了力学性能跨越式的优化，将这一性能组合与已被报道的Al0.7CoCrFeNi性能组合对比，取得了明显的优势，就目前而言，这一“强-塑组合”超过了目前关于Al0.7CoCrFeNi多主元合金的其他性能组合报道。

高熵合金应力演化与相变的多方法定量评价

【研究方法】

作为典型的三相多主元合金体系之一的Al0.7CoCrFeNi合金，其在铸态下会在自发形成FCC/BCC/B2三相层片结构，团队将这一结构特征作为结构基础，采用定向冷轧工艺使原始的层片结构沿轧制方向（RD）拉伸并在厚度方向（TD）实现晶粒细化和亚结构的引入。轧制后的样品在1000℃下退火10min后内部发生再结晶，得到了一种多尺度协同存在的HLS结构。

作者采用了多种表征手段对样品的晶体取向、晶界特征、元素分布以及原子尺度的析出行为和应力分布进行了系统分析，揭示了微观组织演变及其对性能的影响，通过加载-卸载-再加载（LUR）实验和原位SHE-XRD测量定量追踪了异质变形诱导（HDI）应力的演化和各相之间的应力分配关系，进一步揭示了其强化机制。

铸态与处理后Al0.7CoCrFeNi合金的多尺度层片结构演化过程

【研究成果】

① 力学性能提升

该合金在退火仅10分钟后就表现出了1072±22MPa的超高屈服强度和20.5±1.2%的优异延伸率，力学性能显著优于目前已报道的该体系合金最优异的性能水平。

不同处理路径合金的力学性能对比与应力-应变曲线

② 强化与变形机制解析

HLS结构中产生了高达610MPa的异质变形诱导（HDI）应力，不仅在FCC相中形成大量位错堆积、层错与纳米孪晶，更在B2相中激发出<111>型滑移系，显著改善了其本征脆性问题，这种多尺度和多机制的协同作用共同赋予了材料的高应变硬化能力和塑性。作者基于第一性原理计算还证实了该合金体系中FCC相的层错能高达3 mJ/m²，理论上并不容易发生孪生，但由于高HDI应力的推动，仍成功激发了大规模的纳米孪晶行为。

层级结构高熵合金的多相缺陷协同演化机制

层级高熵合金多尺度缺陷结构与双相变形耦合机制

③ 额外韧化机制：裂纹缓冲与延迟断裂

HLS结构中双相层片协同塑性变形形成了有效的裂纹缓冲区，即使在B2相中能够观察到在断裂端附近存在许多的微裂纹，但其强双相异质变形的片层区可以有效地抑制从相邻的弱片层区和非片层区侵入的一些较大且较长的裂纹的生长/扩展，裂纹尖端被层片结构阻挡而难以扩展或聚合，从而显著推迟了整体破坏的发生。

铸态与处理后样品中微裂纹形成与扩展行为对比

【总结与展望】

在这项工作中，团队提出了一种微观结构的多尺度设计策略，其创新性地以“继承”的方式，基于铸态的三相层状结构进行精准调控，通过快速且简单的工艺方案成功实现了高强高塑的协同突破，这一项研究不仅仅刷新了关于Al0.7CoCrFeNi MPEA体系报道的力学性能上限，也为其他多相合金体系提供了结构优化的思路。