松山湖材料实验室/中国科学院东莞材料科学与技术研究所研究员张博团队与合作者，凭借原子尺度梯度界面工程的创新策略，成功打破晶界脆性析出相导致材料脆化的传统认知，将复杂成分合金中的晶界脆性相转化为塑性通道，达成高强度与高塑性的卓越协同。2月10日，相关成果在线发表于《先进科学》（Advanced Science）。

合金室温拉伸性能及与传统合金的强塑-成本对比。研究团队供图，下同

复杂成分合金因具备严重晶格畸变、缓慢扩散等独特性质，在航空航天、核工业等极端环境结构材料领域展现出巨大的应用潜力，成为结构材料设计的重要发展方向。然而，这类合金在制备或服役过程中，晶界处极易形成脆性析出相。此类析出相虽能提升材料强度，但会成为应力集中源，加速裂纹的形核与扩展，导致材料塑性急剧降低。受成分复杂性的影响，通过相图预测抑制脆性相形成，或采用热机械处理改性析出相的传统方法难以奏效，脆化问题始终是阻碍其产业化应用的核心难题，强度与塑性的固有矛盾更是该领域长期难以攻克的顽疾。

面对这一关键挑战，在国家杰出青年科学基金等项目资助下，张博团队联合密歇根大学教授范悦团队、中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员管鹏飞团队，以及香港城市大学教授杨勇团队，跳出“抑制脆性相形成”的传统思维定式，提出“改造脆性相界面使其成为塑性通道”的创新思路。团队首先基于机器学习框架，筛选出无贵重金属添加的Ni₅₉Cr₂₄Al₁₂Fe₅条幅分解合金作为模型体系。随后，通过精准调控冷轧+退火的热机械处理工艺，在脆性BCC相和L1₂相之间构建出成分与结构梯度界面（GIs）。其中，经1173 K退火制备的5-12 nm宽扩散型梯度界面，成为实现材料性能突破的关键结构。

梯度界面合金室温拉伸过程的微观结构演化。

研究团队通过室温拉伸测试、原位中子衍射拉伸表征、高分辨电镜分析结合分子动力学模拟等多种手段，系统验证了梯度界面改性后合金的优异性能及其内在变形机制。经梯度界面工程改性的复杂高熵合金，实现了约1.2 GPa的超高屈服强度与约20%的高总延伸率的强塑协同，性能远超传统析出强化合金。同时，由于无贵重金属添加，该合金兼具低成本优势，且展现出卓越的热稳定性。在0.72T_m高温下长时间退火120h后，仍能保持1.42±1.37μm的超细晶结构，晶界无明显粗化。

梯度界面与尖锐界面拉伸变形的分子动力学模拟。

这一卓越性能源于梯度界面诱导的相间顺序塑性激活与动态应力再分布机制：在梯度界面作用下，BCC脆性相率先屈服，位错先在BCC相中形核发射，随后应力触发相邻L1₂相的堆垛层错增殖，实现软硬相间的协调变形；而L1?相内形成的拓扑壁垒（层错、位错）会将应力重新分配回BCC相，形成持续的应变硬化循环，从根本上避免了晶界脆化引发的裂纹萌生与扩展。

相较于传统合金改性方法，该团队提出的梯度界面工程策略具有三大显著优势：一是创新性强，成功实现脆性析出相从“裂纹源”到“塑性通道”的功能反转，颠覆了传统认知；二是通用性高，只要合金体系具备自发元素偏聚的热力学条件和定制化的扩散动力学路径，即可通过该方法实现脆性相的塑性改造；三是工程价值大，制备工艺基于常规热机械处理，且合金无贵重金属添加，兼具高性能与经济性，易于向实际工程应用转化。

合金变形后原子结构的实验与模拟结果对比。

该研究提出的通用化梯度界面工程策略，不仅为破解析出强化合金的强度-塑性权衡难题提供了全新解决方案，有力推动了复杂成分合金在航空发动机涡轮叶片、核反应堆部件等极端环境结构材料领域的应用，也为其他多相合金的界面设计与性能调控提供了重要参考。

相关论文信息：http://doi.org/10.1002/advs.202518465