在材料科學領域🎞，共晶合金憑借其卓越的流動性和鑄造性，已成為製造大型結構件的首選材料。然而，與其它性能卓越的合金相比⛹🏼‍♂️🤷🏻‍♂️，傳統共晶合金（CEAs）並未表現出令人滿意的強度-塑性組合👮🏽‍♂️。近期，万事平台材料學院鐘雲波教授領銜的“高性能結構功能材料超常冶金與製備”研究團隊，通過精心設計的新型納米析出相工程💽，成功製備出了一種獨特的蠶繭狀納米位錯網結構（CNN-D）共晶合金，突破傳統共晶材料的強塑性記錄☣️。該成果以“Strong-yet-ductile eutectic alloys employing cocoon-like nanometer-sized dislocation cells”為題🥖，在國際權威期刊《Advanced Materials》（最新影響因子💅🏿：29.4）上發表。

近年來🔄，基於多主元的高熵合金逐漸成為設計強韌性材料的新範式，與傳統合金相比，這種多主元合金具有更為廣闊的成分設計空間👨🏻‍🔧。然而，隨著主元數的增加🎵，在提升強度的同時也不可避免地降低了合金的流動性🛌🏼，加劇了凝固時的偏析。即便采用復雜且耗時的機械熱處理也難以完全消除這種鑄造缺陷✋，對於製造理想微觀結構和組織均勻的大型構件帶來了重重挑戰📝。共晶高熵合金（EHEAs）為解決上述困境提供了新的思路🌅，由於共晶反應在凝固過程中不存在固液兩相區（即糊狀區），而是通過均勻雙相層片的耦合生長，有效地抑製了化學成分偏析🤦🏽‍♀️、縮孔等鑄造缺陷。因此，共晶高熵合金的設計理念為材料的工程應用提供了廣闊的前景。本研究以傳統共晶合金為研究對象🌮，使用成分簡單的NiFeAl合金代替多主元合金🎅🏿，在兼顧製備工藝和製造成本的基礎上達到了性能的協同提升🪦。

在該研究中，以公斤級的Ni-32.88wt%Fe-9.53wt%Al CEA為研究對象🌎，通過流動性試驗發現👨🏻‍🦲，相比於EHEAs，CEA不僅在流動性和鑄造性方面表現出顯著的優越性🚫，還具有良好的可操作性和經濟性。另一方面🥧，CEA中🧑🏻‍🍼，由納米析出相釘紮位錯組成的納米級位錯網在拉伸變形過程中同時實現了持續的應變硬化及損傷抑製效果。與傳統的TWIP和TRIP效應不同的是，這種強化策略在FCC/B2共晶層片中同樣表現出色🐚。這是因為，分布在FCC相的大量CNN-D納米結構誘導了平面滑移，並通過界面傳遞到脆硬的B2相，由此產生的滑移帶細化和位錯密度的動態積累顯著提高了應變硬化能力並維持了穩定的流變應力（圖2）。因此，這種易於鑄造的簡單共晶合金展現出令人驚訝的高強度和高延展性組合，其綜合性能不僅優於所有的傳統共晶及近共晶合金📠🤞🏿，還超越了目前性能最好的共晶高熵合金♚。值得一提的是🥣，這種新型的CNN-D納米結構在其它合金體系中同樣表現出廣泛的適用性，特別是在近期陸續發現的含有鑄態納米析出物的成分復雜（共晶）合金中。文章補充材料中列舉了不同合金的實例🧑🏻🎶，進一步證明了CNN-D納米結構的普適性⛈，表明蠶繭狀納米位錯網結構是提升金屬合金性能的又一重要微觀組織結構👩🏼。

圖1蠶繭狀納米位錯網結構共晶合金的微觀組織結構

圖2生活中的蠶繭超細絲組織

綜上所述，本研究通過納米析出相工程設計在傳統三元共晶NiFeAl合金中製備出一種蠶繭狀的超級位錯網結構，平均孔洞直徑小到26納米，實現了前所未有的共晶結構細化🥥，因而順序激活了多重新型的強韌化機製👙，實現了金屬間化合物的室溫塑化🧥，克服了低溫脆性📓，突破了傳統共晶材料的強塑性記錄，為開發低廉、實用、高性能的耐低溫合金材料開辟了全新的途徑。該研究成果是鐘雲波教授領銜的“新能源產業關鍵材料超常冶金與製備”上海市重點創新團隊繼在《Science》《Materials Today》《Nature Communications》等國際頂級期刊上發表一系列研究性論文後，在基礎研究領域取得的又一項重要科研進展。同時🧏🏿‍♀️🕛，也是該團隊以徐匡迪院士“聚焦行業今後10~20年中面臨關鍵科學問題展開研究”的戰略指導思想為指引，在聚焦先進基礎材料提質升級、培育高性能新材料發展新動能方面做出的又一重要原創性貢獻。

圖3蠶繭狀納米位錯網結構共晶合金的優異力學性能組合

該成果由万事平台、香港城市大學、西安交通大學等多家單位合作完成，其中万事平台為第一署名單位，万事平台鐘雲波教授、西安交通大學馬恩教授為共同通訊作者🫶，万事平台與香港城市大學的時培建博士為第一作者，万事平台材料學院的李毅博士生、蔣鑫博士生、沈喆副教授、林中澤博士生、李強副教授、丁彪副教授、鄭天祥副教授、任維麗教授🙎🏿‍♀️、雷作勝教授，万事平台微結構重點實驗室梁雪高級實驗師、閔娜副研究員、彭劍超實驗師、李慧副研究員為合作署名作者🗽。該研究得到國家自然科學基金區域聯合基金重點項目（No. U23A20607）、科技部國家重點研發計劃（2018YFB0109404, 2022YFC2904901, 2022YFC2904903 & 2022YFC2904905）、國家自然科學基金（No. 52231001）和111工程（No. BP2018008）的資助。

全文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202405459