近日，机电与信息工程学院博士生郜庆伟与南京理工大学寇宗德博士以共同第一作者的身份在国际权威期刊《Materials Today》（影响因子21.1）上发表了题为“Exceptional strength-ductility synergy in a casting multi-principal element alloy with a hierarchically heterogeneous structure”的研究论文。该论文的通讯作者为山东大学宋凯凯教授、中科院金属研究所刘增乾教授、山东大学胡丽娜教授，第一完成单位为山东大学。

近年来，多主元合金由于其独特的组元设计和优异的力学性能，成为材料科学领域的研究热点。然而，传统金属材料的优异性能通常依赖于多步骤的冷/热加工处理，而这种复杂工艺在铸造合金中难以实现。为应对这一挑战，机电与信息工程学院<AI赋能极端服役材料创新团队>设计出一种新型铸态多主元合金，该合金在不需要复杂的热处理和冷/热加工的条件下，成功实现了高强度和高塑性的完美结合，打破了铸造合金性能的瓶颈，开辟了新型铸态多主元合金开发的新方向。

图1Cr₃₀Fe₃₀Ni₃₀Al₅Ti₅铸态多主元合金（MPEA）与其他合金的拉伸性能对比

这项研究中的Cr₃₀Fe₃₀Ni₃₀Al₅Ti₅铸态合金展示了复杂的多级异质结构。具体而言，微米级的BCC晶粒分布在连续的FCC结构框架中，FCC基体内形成了L1₂型有序纳米析出物，而BCC晶粒内部则析出了亚微米级的核-壳结构的相以及η相和B2相等纳米级析出物。在变形过程中，这些多尺度析出物通过复杂的协同作用，诱导出大规模的位错网络和层错结构，赋予了材料在高应变硬化行为下仍具备优异的强度和塑性。该合金的显著特点是无需经过复杂的多步骤热处理或冷/热加工即可获得优异的性能表现。相较于传统的锻造合金，这种新型的铸态多主元合金以更为简便的制造工艺实现了高性能的突破，展示了铸造工艺在先进材料开发中的巨大潜力。

图2铸态多主元合金中多级异质结构的演化和力学作用示意图

此项研究由多个国内外知名材料研发团队历时三年合作完成，包括中国科学院金属研究所的张哲峰团队、美国加州大学伯克利分校的Robert O. Ritchie团队以及奥地利科学院的Jürgen Eckert团队等。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和山东省自然科学基金等多个项目的资助。这些支持为研究的深入开展和取得重要成果提供了重要保障。

作者：唐华威  编辑：王电超