2.3GPa超高强塑性纳米合金被开发

近日，由吉林大学、西安交通大学、悉尼大学、南京理工大学等组成的研究团队，对超高强纳米金属的应变硬化提出了一种新的机制，并依此路径设计了新颖的高性能合金。相关研究以Uniting tensile ductility with ultrahigh strength via composition undulation为题在Nature线上发表。

研究团队以NiCo合金作为模型材料，利用脉冲电沉积工艺，在面心立方单相双主元固溶体合金中构筑出了由纳米晶粒（26nm）及其内部多尺度成分起伏组成的复合纳米结构。制备中有意加剧的成分起伏促成了层错能和晶格应变场的明显起伏，其发生的空间尺度恰能有效地与位错交互作用，从而改变了位错动力学行为，使位错运动呈现出迟滞、间歇、缠结的特征，促使其在纳米晶粒内部有效增殖存储，提高了材料的应变硬化能力。

在应变硬化与应变速率硬化的共同作用下，该纳米合金在超高流变应力水平上展现出独特的强度与塑性的优化配置，单相面心立方金属的屈服强度达到1.6GPa，最高拉伸强度接近2.3GPa，拉伸断裂应变可达16%。

研究中展示的是一种基于纳米尺度（1～10nm）明显成分起伏与运动位错间相互作用的强化机制，不同于基于原子半径差的传统固溶强化——即单个溶质原子与位错应力场间的相互作用。这一结构-成分复合调控理念可望为新型合金材料的设计与开发开辟新的思路。下图为NiCo合金中由纳米晶粒和多尺度成分起伏构成的纳米复合结构。