增材制造技术凭借多种复杂热物理过程和非平衡凝固的特点，产生了独特的微观组织和优异的力学性能。其中，亚微米尺度胞状组织展现出优异的位错强化效果。在此基础上，通过后热处理引入共格纳米析出相可实现强度的有效提升。然而，上述通过控制线缺陷和体缺陷的传统强化策略，其强度增加通常以塑性的降低为代价。共格孪晶界作为材料内部的面缺陷，为设计具有优异“强度-塑性”协同作用的先进金属材料提供了一条有效途径。然而，在未经严重塑性变形的情况下，将纳米孪晶引入到增材制造组织中极具挑战性。

近日，西北工业大学王锦程教授团队首次利用增材制造合金中的特征胞状组织，在激光选区熔化析出强化型Ni35Co35Cr25Ti3Al2中熵合金中引入了高密度多尺度退火孪晶。多尺度退火孪晶协同纳米析出网络以及大量位错，实现了~1.4 GPa的抗拉强度和~25%的优异拉伸塑性。研究发现激光选区熔化工艺诱导的胞状组织，其胞壁具有高密度位错和Ti元素偏析共存的特征，通过与再结晶迁移界面的交互作用，促进了高密度退火孪晶的形核。此外，胞状纳米析出网络阻碍了孪晶界的迁移，增强了纳米级退火孪晶的热稳定性。在热处理态合金塑性变形过程中，位错与多尺度退火孪晶频繁的相互作用使孪晶界逐渐失去共格性，并促进位错的增殖和存储，有助于提高加工硬化能力，实现优异的塑性。目前研究通过利用胞状组织的有益作用推动了增材制造新型微观组织的设计和探索，为开发具有优异力学性能的金属材料提供指导。

相关研究成果以“Multi-scale annealing twins generate superior ductility in an additively manufactured high-strength medium entropy alloy”为题目发表在塑性加工领域顶级期刊《International Journal of Plasticity》。论文第一作者为博士研究生郭博静，王锦程教授与何峰教授为共同通讯作者，西北工业大学为通讯单位。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2024.104045

摘要图：本文展示了一种通过激光选区熔化和后热处理制备的新型微观组织，集成了多尺度退火孪晶、纳米析出和位错，产生了显著的“强度-塑性”协同效应。结合ECCI和TEM技术揭示了高密度多尺度退火孪晶的起源，首次阐明了增材制造胞状组织在退火孪晶形核中的关键作用。利用原位EBSD和TEM等多尺度表征方法揭示了合金的强韧化机制。在变形组织中，除位错平面滑移、层错和L-C位错锁之外，多尺度退火孪晶在其与位错频繁的交互作用过程中逐渐失去共格性，并促进位错的增殖和存储，提供了额外的应变硬化和拉伸塑性。

西北工业大学材料学院王锦程教授团队长期开展材料多尺度模拟计算、材料基因工程与合金设计、高熵合金及增材制造等方面的科研工作。近年来，团队先后承担国家自然科学基金项目、国家重点研发计划等国家级及省部级科研项目20余项，高水平论文200余篇，其中在Nature Communications, Acta Materialia, International Journal of Plasticity, Additive Manufacturing等国际顶级期刊发表论文40余篇，授权发明专利12项，获省部级科学奖励2项。西北工业大学材料微观组织计算及合金设计课题组网站：http://www.jchwang.com/