获得同时具备超高强度与良好塑性的金属材料，一直是结构材料领域面临的核心科学问题。理论上，金属的屈服强度可达到其剪切模量的 1/30-1/50，但在实际材料中，由于位错在极低应力下即可被激活，屈服强度通常仅为理论值的 1/100 甚至更低。近年来，纳米晶、金属玻璃和多相高熵合金等体系虽然显著提高了强度，却往往伴随着塑性严重受限甚至灾难性脆断的问题。共晶高熵合金（EHEAs）因其仿生层片结构，被认为是实现强度-塑性协同的潜在候选材料。然而，在典型FCC-Laves共晶体系中，软FCC相与硬Laves相之间存在显著的模量和硬度失配，这种力学不相容性极易在界面处诱发裂纹萌生，从而在屈服前即发生失效，严重限制了其可达到的强度水平。

东南大学与美国田纳西大学诺克斯维尔分校等多校的联合团队在材料领域的国际权威期刊《Advanced Science》期刊在线发表了题为“Deformable Eutectic Alloy With Near-Theoretical Yield Strength via Hierarchical Nanoscale Multiphases and Sessile Defects”的研究论文，团队在该论文中报道了一种在保持可观塑性的同时，其屈服强度逼近理论极限的新型共晶高熵合金，研究通过在材料内部构建层级纳米尺度多相结构与稳定的滞止型缺陷（sessile defects），有效缓解了传统共晶高熵合金中严重的模量/硬度失配问题，实现了2.6GPa的超高屈服强度与13.6%的塑性应变协同统一，为下一代超高强结构合金的设计提供了具有普适意义的新思路。通讯作者为烟台大学的仝阳教授和东南大学王乾乾教授和沈宝龙教授。

文章链接：

https://doi.org/10.1002/advs.202518764

【核心内容】

团队提出了一种合金设计理念，即并非消除异质性，而是通过层级结构设计来“驯化”异质性。研究选择Co-Cr-Fe-Ni-Ta体系作为模型合金，利用Ta元素诱导Laves相形成，通过吸铸与精确热处理相结合，在材料内部构建由FCC/Laves纳米共晶层片、L1₂与D0₂₂共析出相以及多种滞止型界面缺陷协同组成的层级多相结构。这种结构设计在长程尺度上实现了FCC与Laves相之间的模量/硬度匹配，在短程尺度上引入可控的异质结构与缺陷协同作用，从而在显著提高屈服强度的同时，避免了传统超高强材料中普遍存在的塑性失稳问题。

【研究方法】

实验上，研究团队分别采用电弧熔炼结合真空吸铸工艺制备CoCrFeNiTa_0.4（at.%）共晶高熵合金，并分别标记为AC和SC样品，随后，将SC状态的样品样品在600℃下进行24h的时效处理，诱导L1₂和D0₂₂析出相在不同相区内协同形成，从而构建层级多相组织，标记为SCA样品。在结构表征方面，作者系统结合了XRD、SEM、TEM、HRTEM及APT等多种手段，对相组成、界面结构及元素分布进行了精细解析；在性能评估方面，通过室温压缩实验、纳米压痕及变形后显微分析，系统揭示了组织演化与力学响应之间的内在联系。

【研究成果】

① 层级纳米共晶组织的构建与演化

吸铸细化了共晶层片尺寸，使FCC和Laves相的层片厚度降低至百纳米以下。在此基础上，时效处理进一步在FCC层片内部析出高密度、共格的L1₂纳米析出相，而在Laves层片内部形成可变形的D0₂₂析出相，最终形成软-硬相内部均被“再设计”的层级多相结构。

SCA合金的分级多相结构

② 接近理论极限的力学性能实现

力学测试结果显示，随着层片细化及层级多相结构的引入，合金的屈服强度由铸态的约1.3GPa提升至2.6GPa，同时仍保持13.6%的塑性应变，进一步分析表明，其剪切屈服强度与剪切模量之比达到约1/70，已明显接近理论剪切强度极限区间。

精炼纳米层状结构及压缩力学性能

③ 滞止型缺陷与多相协同变形机制

研究发现，材料内部存在大量稳定的平面缺陷、界面错配位错以及析出相与基体的共格界面，这些滞止型缺陷在变形过程中并不会像传统位错那样快速迁移，而是有效阻碍了位错成核与滑移，同时，相对软的FCC层片与相对硬的Laves层片在层级析出相的调控下，能够更为协调的分配材料内部的应变。

未变形SCA合金的固着缺陷结构

④ 模量/硬度的长程匹配与短程异质驱动的强塑性协同

层级多相结构降低了FCC与Laves相之间有效模量和硬度的失配，这种“长程匹配+短程异质”的结构特征，有效抑制了局部的应力集中，从而避免了早期界面开裂与灾难性失稳，这是SCA合金能够在超高强度下仍保持可观的变形能力的根本原因。

SCA合金的变形微观机制

【总结与展望】

该研究通过构建层级纳米共晶多相结构与滞止型缺陷协同体系，在共晶高熵合金中实现了接近理论极限的屈服强度与稳定塑性变形的统一，这一成果强调了模量/硬度匹配与结构层级化设计在超高强材料中的核心作用，为共晶高熵合金的发展提供了新的理论与实验范式，也为航空航天、高速飞行器及极端服役条件下的结构材料设计指明了新的方向。