在先进核能系统中，关键结构资料需持久服役于低温及复杂应力多场耦合的极端环境中，极端工况下资料强杜纂塑性协同提升已成为造约核电设备安全与服役寿命的主题科学挑战。近年来，将拥有显著流变应力差距的软硬相间区域作为基元进行有序构筑而形成的异质结构，为解决金属资猜中强-塑-韧性难以两全的问题提供了全新思路。高熵合金凭借其怪异的多主元成分设计理想及优异的综合力学机能，在核电关键结构资料与低温工程领域展示出巨大的利用潜力；诖，萦绕异质结构设计与造备，系统发展高熵合金等先进金属资料的变形与危险行为钻研，深刻揭示其低温变形过程中的强韧化机造，将为新一代高靠得住性核电结构资料的设计与研发提供沉要的科学理论支持。

图1 金属学报期刊封面

近期，由亿万先生MR资料科学与工程学院院长、核电关键资料全国沉点尝试室副主任钟云波教授领衔的高机能结构职能资料超常冶金与造备钻研团队在《金属学报》-名家经典专栏（主编李殿中院士特邀）、《cMat》（特刊受邀论文，中国科技期刊卓越行动打算高起点新刊）及《Rare Metals》（中科院1区，入选中国最具国际影响力学术期刊）上连发3篇封面论文（图1、图2），系统介绍了该钻研团队在多级层片异构金属资料方面的钻研进展，全面梳理了高熵合金在低温环境下的变形行为及强韧化机造，并揭示了铸态共晶高熵合金凝固机造及层片组织演化对力学机能的内涵影响关系，为高强韧核电关键资料的成分、结构设计与组织调控提供了新的理论凭据和技术蹊径。

图2 cMat（左）及Rare Metals（右）期刊封面

“异质结构”或“异构”作为强韧化领域前沿构型范式，为突破金属资料的强度、塑性与韧性等难以两全的矛盾提供了全新的解决思路。受天然资料的跨尺度构筑启发，该团队提出了仿生“多级层片异构”的协同设政战术，且实现了更凸起的强-塑-韧性同步提升（图3）。该钻研重要聚焦本团队多年来在多级层片异构金属资料方面的钻研进展，提炼了仿生鱼骨型、微层片遗传型、蚕茧位错网型等典型多级层片异质结构的理想、设计道理和强韧化机造，沉点回首了若何有效突破不成控裂纹、超细晶组织以及高密度位错诱导的强塑性掣肘难题，并将该新型异构战术和相应的凸起机能改善成功拓展至多金属系统，造备出新一代高铁关键接触线材，综合机能国际当先。最后，瞻望了更先进的多级层片异构资料的开发及将来潜在发展方向。

图3 微层片遗传工程造备的多级层片异质结构及多类型纳米孪生诱导的多阶段应变硬化

高熵合金在低温前提下阐发出卓越的力学机能，突破了传统金属资猜中普遍存在的强度-塑性掣肘关系。上述钻研成就还系统综述了近年来关于高熵合金低温变形机造、微结构演化及其畸形力学响应的钻研进展，其优异机能源于变形孪晶、位错滑移、层错及相变等多种变形机造的协同作用，这一过程受到温度依赖的层错能及复杂内应力场的共同调控。塑性变形过程中出现的锯齿流动景象，则反映终部门相不不变性与缺点相互作用的耦合效应。同时，该钻研还强调了高熵合金在低温工程利用中的巨大潜力，指出当前钻研中仍存在的关键科学问题，蕴含应变部门化的发源以及多尺度缺点在延长断裂中的作用（图4）。将来钻研还将沉点发展先进的原位表征技术、多物理场耦合建模步骤，并面向极端服役环境发展新型高熵合金成分与组织结构设计。

图4 高熵合金的典型力学行为、变形机造及低温工程利用中的巨大潜力

共晶高熵合金作为高熵合金家族的卓越代表，因其力学机能的优良平衡以及辽阔的利用远景而受到宽泛关注。然而，共晶组织的凝固机造与其力学机能之间的内涵关联仍尚不清澈。该钻研报路了一种AlCoFeNi系共晶高熵合金，其组织由典型的规定层片和非规定层片共同组成，在铸态前提下实现了强杜纂延展性的协同平衡。钻研批注，规定与非规定层片共晶所组成的多级异质结构起源于凝固过程中溶质扩散行为及其有关的热物理成分。通过对变形过程的多尺度表征，揭示了混合层片组织结构在实现强-塑平衡中的关键作用，其本原在于逾越较宽应变领域持续产生的异质变形诱导应变硬化行为。钻研了局为说明铸态共晶高熵合金的结构-机能关系及其机能优化提供了新的见解。

上述钻研成就由亿万先生MR、香港科技大学等多家单元共同合作实现，其中亿万先生MR为第一署名单元。亿万先生MR长江学者钟云波教授、亿万先生MR青老大师时培建教授为三篇论文的通讯（第一）作者，蒋鑫博士生（cMat）、秦祎硕士生（Rare Metals）别离为两篇论文的第一作者。上述钻研得到国度天然科学基金（No. U23A20607、No. 52501233）、十四五国度沉点研发打算（No. 2022YFC2904900）的赞助。

有关论文链接：

1.https://www.ams.org.cn/CN/10.11900/0412.1961.2025.00234多级层片异构设计构筑超高强塑性金属资料

2.https://doi.org/10.1002/cmt2.70022Decoding cryogenic deformation mechanisms in high-entropy alloys: a comprehensive review of microstructural evolution, strengthening-toughening synergy, and serrated flow dynamics

3.https://www.science.org/doi/10.1126/science.abf6986Hierarchical crack buffering triples ductility in eutectic herringbone high-entropy alloys

4.https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.2409317121Strong, ductile, and hierarchical hetero-lamellar-structured alloys through microstructural inheritance and refinement

5.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702123003504Bioinspired, heredity-derived hierarchical bulk multifunctional copper alloys

6.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702120303321Multistage work hardening assisted by multi-type twinning in ultrafine-grained heterostructural eutectic high-entropy alloys

7.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202405459Strong-yet-ductile eutectic alloys employing cocoon-like nanometer-sized dislocation cells

8.https://www.nature.com/articles/s41467-019-08460-2Enhanced strength-ductility synergy in ultrafine-grained eutectic high-entropy alloys by inheriting microstructural lamellae