1. 發展一種簡單、高效的小角度往復扭轉梯度塑性變形技術，可以在高熵合金中可控地引入了新型梯度納米位錯胞結構。2. 發現梯度位錯胞結構顯著提高了材料屈服強度，同時還能保持良好的塑性和穩定的加工硬化。2. 提出一種不同于傳統結構材料全位錯強化的新型層錯強韌化機制，揭示了高熵合金材料的變形機理。受自然界中骨骼、貝殼以及樹木中天然存在的梯度結構的啟發，梯度納米結構越來越多地被引入到工程材料中，以實現強度、硬度等力學性能的提升。早在2017年，中科院金屬所盧磊課題組和高華健課題組合作，在Nature報道了一種與疲勞歷史無關的、具有循環穩定響應的高度取向納米孿晶結構銅材料。2018年，盧磊課題組和高華健課題組再次合作，通過電化學方法引入梯度納米孿晶，在金屬銅中成功構建了結構梯度，實現了強度和硬度的同時增強。https://www.nature.com/articles/nature24266/http://science.sciencemag.org/content/362/6414/eaau1925高熵合金（HEA）具有近乎無限的成分區間、獨特的化學短程有序結構，賦予其豐富的力學性能。通過調整化學組分，某些單相HEA產生了固有的濃度不均勻性，從而有優異的強度、延展性、高加工硬化能力和耐損傷能力。此外，通過設計分級晶粒尺寸、納米團簇、多相等組成的空間異質微結構，也可以使 HEA 獲得可媲美傳統異質結構金屬材料的優異性能。然而，對于大多數 HEA 而言，長期制約傳統金屬結構材料發展的“強度-塑性”倒置關系在高熵合金中依然普遍存在。迄今為止所報道的 HEA 的基本塑性變形特征和機制與傳統金屬極其相似，其塑性變形機制往往被認為與傳統金屬材料并無本質差別。有鑒于此，中科院金屬所盧磊研究員課題組報道了一種簡單、高效的小角度往復扭轉梯度塑性變形技術，在具有穩定性質的單相面心立方 HEA（Al0.1CoCrFeNi）中可控地引入了新型梯度納米位錯胞結構，梯度位錯胞結構顯著提高了材料屈服強度，同時還能保持良好的塑性和穩定的加工硬化。之所以選擇Al0.1CoCrFeNi高熵合金納米棒材料，是因為這種合金是一種經過充分研究的模型材料，局部變化的 SFE為6-21 mJ/m2。在拉伸應變實驗中，研究人員意外發現了極高密度的微小堆垛層錯 (SF)、孿晶形核和堆積主導的塑性變形。研究人員認為，單相面心立方 (fcc) Al0.1CoCrFeNi HEA 中存在異質梯度位錯單元結構 (GDS)，其中包含平均尺寸約為 46 μm 的隨機取向的等軸細晶粒 (FG)。圖2. GDS Al0.1CoCrFeNi HEA的力學性能研究人員認為，梯度位錯結構在塑性變形過程中激活了不全位錯--層錯誘導塑性變形機制。變形初期，亞十納米細小層錯即從位錯胞壁萌生、滑移擴展，其密度隨拉伸應變增加而增加，逐漸演變成超高密度三維層錯（和少量孿晶界）網格，直至布滿整個晶粒。超高密度細小層錯/孿晶的形成有效協調其塑性變形、細化初始位錯結構、阻礙其它缺陷運動而貢獻強度和加工硬化。【本段內容來源：中科院金屬所】圖3. 拉伸應力3%時，GDSAl0.1CoCrFeNi HEA的變形結構圖4. 拉伸應力40%時，GDSAl0.1CoCrFeNi HEA的變形特征這項研究發展了一種簡單、易行的往復扭轉梯度塑性變形技術，提出了一種不同于傳統結構材料全位錯強化的新型層錯強韌化機制，對于高熵合金的基礎研究和應用研究都起到了重要推動作用。QingsongPan et al. Gradient-cell–structured high-entropy alloy with exceptionalstrength and ductility. Science 2021.DOI:10.1126/science.abj8114https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj8114
