析出強化是通過在基體中均勻地析出新相，這些第二相分布在基體中在變形時會起到阻礙位錯運動的效果，從而增加對塑性變形的抗力，最終在宏觀上，材料的強度會有所提升，這就是提高材料強度的一種常用強化機制。在傳統析出強化合金中納米析出相的強化效果更為顯著，但這種強化機制常伴隨著材料塑性的降低。在高性能的多主元合金（MPEAs）中，由于其納米析出相的穩定性和均勻性，使得納米析出強化成了材料強度提高的主導機制。

為了避免該機制帶來的塑性降低，近期上海交通大學金屬基復合材料國家重點實驗室的陳哲教授團隊在《Nano Letters》期刊上發表題為“Chemical Short-Range Ordering in Nanoprecipitates Modulates Planar Faults to Enhance Mechanical Properties”的研究論文，研究團隊提出引入“SRO”結構，以調控滑移面缺陷的形成能，從而優化材料的應變硬化與位錯行為，基于這一策略，團隊首次在長程有序L12析出相中直接觀察到明顯的化學短程有序結構（SRO），并闡明其在位錯調控中的關鍵作用。這項研究提出了一種全新的合金設計策略——通過調控納米析出相內部的化學異質性來提升合金的強度和塑性性能，突破傳統析出強化合金的優化框架，為下一代高性能結構材料設計開辟新思路。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c01602

【核心內容】

在這項研究中，團隊為了在不犧牲塑性的前提下，通過穩定的納米析出相來提高MEPA合金的力學性能，于是創新性地在材料內部構建了SRO結構，并研究其對位錯行為的調控作用，研究對象為FCC基的Co₄₀Ni₃₀Cr₂₀Al₅Ti₅（Al₅Ti₅）與Co₄₀Ni₃₀Cr₂₀Al₅Ti₄Ta₁（Al₅Ti₄Ta₁）兩種多主元合金體系。

團隊發現Ta會優先分離到L12納米析出相中，且由于其獨特的化學親和力和與Al的原子尺寸差異，創造了促進化學非均質性的原子環境，成功實現了短程有序結構。團隊用通過高分辨HAADF-STEM圖像與能譜表征了L12析出相的化學非均質性，隨后通過實驗和密度泛函理論（DFT）的模擬結果證實，SRO結構調控了滑移面上的能量分布，顯著降低了超晶格本征層錯（SISF）的形成能及能壘，促使納米析出相內部在變形早期就形成高密度SISFs與位錯鎖，提升材料的應變硬化能力。這種調節納米析出相化學非均質性的策略為設計合金提供了一個新的視角，超越了受粒度和體積分數優化限制的傳統析出強化框架，為開發下一代高強高延性合金提供了全新思路。

圖形摘要

【研究方法】

該研究共包含兩種研究對象，分別是傳統的Co₄₀Ni₃₀Cr₂₀Al₅Ti₅（Al₅Ti₅）和引入微量Ta元素的Co₄₀Ni₃₀Cr₂₀Al₅Ti₄Ta₁（Al₅Ti₄Ta₁），1 at.% Ta元素加入基體后，形成獨特的化學異質性。借助HAADF-STEM及EDX分析，清晰捕捉到L1?析出相中B位Ta富集引起的亮/暗強度差異，證實了B位選擇性短程有序結構的存在。

納米析出相化學非均質性的設計策略

HAADF-STEM顯示Al₅Ti₄Ta₁合金L12析出相中強度分布呈雙峰特征，體現出短程有序結構

【研究成果】

① 關鍵機制解析

利用高分辨TEM與微柱壓縮實驗結合，作者在Al₅Ti₄Ta₁合金中觀察到納米析出相內部形成大量疊層錯層（SISFs）和位錯纏結網絡，顯著增強材料的應變硬化能力。進一步的DFT計算揭示：Ta元素的引入提升了反相界面（APB）與復合層錯（CSF）的形成能，同時降低了SISF的形成能，為滑移面錯層的形成提供了有利能壘條件。

Al₅Ti₅和Al₅Ti₄Ta₁合金的顯微組織

Al₅Ti₄Ta₁合金中Ta的SRO分析

DFT計算表明Ta元素引入后重塑了位錯滑移能壘分布

② 力學性能提升

Al₅Ti₄Ta₁合金的屈服強度提升至1080MPa，極限抗拉強度達1550MPa，相比未添加Ta的Al₅Ti₅合金分別提高了27%與16%，且未犧牲延展性。

Al₅Ti₅和Al₅Ti₄Ta₁合金單晶微柱壓縮

化學非均質性對室溫力學性能和變形行為的影響

【總結與展望】

研究通過實驗證實在納米析出相中構建短程有序結構能顯著提升多主元合金的力學性能，從原子尺度調控塑性變形機制，有效緩解“滑移面軟化”問題。這一成果不僅為高熵合金的強韌化提供了新路徑，也為航空航天、核能與高溫服役環境中的合金設計提供理論與方法支撐。