通过界面取向弱化诱导的B2→BCT相变，双相L1₂–B2高熵合金韧性提高三倍

让坚硬金属更不易脆断

现代发动机、涡轮和航天器都需要既非常强韧又能在受力时延展而不断裂的金属。高熵合金——由多种金属复杂混合而成的材料——是有前途的候选者，但它们常常为强度牺牲延展性（可拉伸程度）。本文展示了一种巧妙方法，在不改变合金化学成分的情况下，仅通过微调内部构件之间的排列方式，就能把一种此类合金的延展性提高三倍。

互锁的两种构件

本研究的合金由铝、铁、钴和镍混合，使两种不同类型的有序原子结构并存。一种称为L1₂，表现为较软、易变形的相；另一种称为B2，则较硬且更强。在铸态下，这两相呈长而平行的层状结构，有点像交替粘合在一起的不同木纹。关键在于它们的原子晶格以非常特定的方式对齐，这种取向关系使相界面极为有序和刚性。强烈的配位提高了强度，但也限制了在拉伸时原子和缺陷的移动方式，使硬相更容易发生裂纹。

放松内部取向

研究者没有重新设计合金成分，而是通过热机械处理改变其内部几何：先冷轧再高温退火，循环两次。该工艺使原有的层状结构发生塑性变形，然后在再结晶中形成新的排列。得到的显微组织仍大致为一半L1₂一半B2，但层更厚，各相晶粒趋于等轴，取向更随机。晶粒取向测量显示，原先在相界处的严格配位大多被破坏，也就是有意“弱化”了界面取向。

触发一种隐藏的形变

当对这些处理过的样品进行拉伸时，其行为与铸态样品截然不同。原始材料在小于5%应变时即发生断裂，裂纹贯穿大块B2区域。而经处理的合金则能达到约18%的应变——延展性提高超过三倍——同时保持相近的屈服强度和极限强度。详细的X射线与电子衍射研究揭示了其原因：随着拉伸，许多B2相逐渐转变为紧密相关但拉长的体心四方（BCT）结构。此形变沿一个方向伸长、在其他方向略微收缩，但总体体积几乎不变。由于周围的L1₂晶粒在兼容方向上现在能更自由地滑移和变形，它们帮助适应这一拉伸，将原本会造成局部破坏的应力转化为有用的、吸能的塑性变形。

实时跟踪相变

为了实时观察该过程，团队在拉伸试验中使用了同步辐射X射线衍射。随着应变增加，来自B2相的衍射环发生畸变并随后分裂，表明BCT晶格出现。通过追踪晶格间距随应变及加载—卸载循环的变化，研究表明该相变是渐进的，并在中等载荷下部分可逆。对大量晶粒的统计分析指出，被能在合适方向上提供应变的L1₂邻域包围的B2区域最易发生转变。通过弱化原先严格的界面取向，处理增加了此类有利邻域的数量，从而降低了相变的能垒并使变形在材料中更均匀分布。

设计更友好的相界

通俗地说，这项研究表明，金属内部不同“瓷砖”之间的相对取向，可能和它们由哪些元素组成一样重要。在此，通过放松硬相与软相之间界面的精确契合，允许硬相发生有利的、由应力驱动的形变，从而在显著改善延展性的同时保留强度。这提示了先进结构合金的新设计原则：工程师可以通过轧制、退火或甚至超声处理刻意调整界面取向，使相邻相在变形时相互配合而非相互竞争，从而得到更具韧性和抗损伤性的材料。

引用: Shu, Q., Ding, X., Lu, Y. et al. Threefold enhancement of ductility in dual-phase L1₂–B2 high-entropy alloys via interface-orientation-weakening-induced B2→BCT phase transformation. Commun Mater 7, 75 (2026). https://doi.org/10.1038/s43246-026-01088-y

关键词: 高熵合金, 延展性, 相变, 微观结构, 界面工程