超快热处理诱导VCoNi中熵合金形成超细κ相与去层错机制实现2GPa强度与延展性协同提升

为解决中熵合金(MEAs)中析出相过度生长导致强塑性失衡的难题，中国研究团队通过Gleeble系统超短时高温热处理冷轧VCoNi合金，发现超细κ相与纳米级层错协同作用产生新型"去层错(de-faulting)"机制，使材料在2 GPa超高强度下仍保持4%均匀延伸，为高强韧材料设计提供新范式。

　　

研究背景
中熵合金(Medium-entropy alloys, MEAs)作为新型结构材料，其强度-延展性平衡始终是材料科学界的"圣杯"难题。传统强化策略如析出强化虽能提升强度，却常伴随灾难性延展性损失——当κ相或金属间化合物在热处理中过度生长时，材料会像脆性陶瓷般突然断裂。VCoNi这类面心立方(FCC)结构MEAs虽具备优异加工硬化能力，但如何突破2 GPa强度阈值同时保持工程应用所需的延展性，仍是悬而未决的科学问题。

创新研究
哈尔滨工业大学等机构的研究团队在《Scripta Materialia》发表突破性成果。他们采用Gleeble热模拟机对冷轧VCoNi实施"闪电式"热处理（持续时间仅数秒），在单相固溶体区间精准调控微观组织。这种超快热处理像精准的"材料针灸"，既避免了传统长时间退火导致的κ相粗化，又诱发出独特的超细κ相（<100nm）与高密度纳米级层错(SFs)的耦合结构。

关键技术
研究结合电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)和同步辐射X射线衍射，追踪冷轧态至热处理态的晶粒演变；通过原位拉伸测试结合数字图像相关(DIC)技术量化力学性能；采用高角环形暗场扫描透射电镜(HAADF-STEM)解析κ相与层错的原子尺度相互作用。

重要发现

1. 超细κ相形成机制
   TEM显示超快热处理使κ相以10¹⁸/m³密度弥散分布，尺寸较传统热处理减小80%。这种"刹车式"相变源于快速升温抑制了溶质原子的长程扩散。

2. 层错-κ相协同效应
   HAADF-STEM首次捕捉到层错网络贯穿κ相的现象。这些1-3nm宽的SFs在变形时充当位错发射源，产生大量不全位错(partial dislocations)，形成独特的"珊瑚状"位错结构。

3. 革命性去层错机制
   作者发现约67%的SFs在卸载后神奇消失——这是首次报道的固态"自愈合"行为。Qile Huo等提出该现象源于晶界不全位错的逆向运动，这种可逆变形机制使材料在超高应力下仍保持延展性储备。

结论与意义
该研究开创了"时间-温度-缺陷"协同调控的新材料设计范式：超快热处理通过动力学冻结获得超细κ相，而层错与κ相的原子级耦合催生了去层错机制，最终实现2GPa/4%的力学性能突破。这种策略可推广至其他MEAs体系，为航天紧固件、人造关节等需要同时承受高负荷与冲击的部件提供材料解决方案。Xuefei Chen和Hao Zhou强调，该发现颠覆了"强化必损韧性"的传统认知，为开发具有仿生自修复特性的新一代结构材料指明方向。