在高温结构材料领域，具有高熔点的耐火高熵合金（RHEAs）以其优异的高温性能备受关注，不过现有的RHEA体系大多为BCC相，这也就导致了它们通常存在强塑不适配、应变硬化能力不足、易发生局部变形等问题，最终导致提前断裂。因此，在RHEA合金中想要同时实现屈服强度>1GPa和延伸率>20%的强塑组合并不是件简单的事情。

2025年10月31日，材料领域的权威期刊《Journal of Materials Science & Technology》在线发表了一篇题为“Overcoming the strength-ductility trade-off in refractory high-entropy alloys with spinodal structure”的论文，研究揭示了通过调幅分解（spinodal decomposition）结构调控Ti-V-Hf-Nb-Mo合金的位错动力学的机理，解决了该RHEA体系的强塑性权衡问题，分子动力学（MD）和蒙特卡洛动力学（MC）混合模拟表明，Mo能够替代固溶体在TiVHfNb系统中引起成分偏析并形成类似调幅的调制相。通讯作者为西北工业大学凝固技术全国重点实验室的王锦程教授和何峰教授。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2025.10.043

【核心内容】

团队在Ti-V-Hf-Nb单相BCC合金体系中引入Mo元素，诱导合金内部自发形成纳米级成分调制区域，即调幅分解（spinodal decomposition）结构，这种结构带来了两个关键效应，最终成功同时提高强度与延展性：

• 形成成分起伏的双 BCC 相（BCC1+BCC2）→提供强化
  

• 相界作为可控位错障碍物→引导多滑移体系激活→抑制应变局域化
  

图形摘要

【研究方法】

通过第一性原理+混合MC/MD模拟分析Mo与其他元素的化学相互作用发现Mo-Nb原子对具有明显负混合焓，因此易发生成分偏聚，团队以此制备合金Ti₄₁V₂₇Hf₁₃Nb₁₃Mo₆（记为M6），对照组为Ti₄₁V₂₇Hf₁₆Nb₁₆（记为M0）。

【研究成果】

① Mo元素诱导形成纳米尺度的调幅分解结构

在M0的基础上引入6at.%的Mo后，合金内部出现了明显的成分调制行为，形成具有连续过渡界面的双BCC相结构。这种结构并非由析出相或有序结构导致，而是源于Mo与Nb之间较强的负混合焓所引起的原子对选择性聚集。两相晶格常数差异仅为~0.37%，使其相界保持完全共格关系，由此形成的纳米级成分起伏即可作为可调控的位错障碍，改变塑性变形过程中的位错运动方式。这种无形相界的可扩展障碍为后续的强度提升和塑性维持奠定了基础，是该合金体系中突破强-韧协同的关键结构起点。

MC/MD模拟与RHEAs的纳米结构表征

② 实现屈服强度与延展性的同步提升，打破强韧性权衡

M6合金的室温拉伸性能表现出高强度与高延展性，相比M0合金，M6合金的屈服强度由~952MPa提升至~1117MPa，且断裂延伸率仍保持在~25.7% 的水平，与M0合金相当。这一性能组合在未经热处理或织构优化的铸态条件下即可实现，完全得益于内部成分波动所塑造的微观结构特征，相比传统依赖析出强化或晶界强化策略，该方法更具有热力学稳定性和可规模化生产的潜力。

机械性能与变形行为的对比分析

③ 调幅分解结构促进多滑移系协同激活，提高应变硬化能力

在塑性变形早期，M6合金中激活的滑移体系数量明显多于M0，尤其是{110}、{112}和{123}滑移面组合的共同参与，其中，{123}滑移的高频出现表明位错发生了显著的交滑移行为，而相界处的成分调制区域正是交滑移的重要诱发因素。多滑移体系的激活使得材料能够以更加分散、均匀的方式承担塑性应变，有效延缓局部化滑移带的形成，从而保持了较高的应变硬化速率，这意味着材料可以在更大应变量范围内保持均匀变形，不会过早进入颈缩阶段。

滑移痕迹分析与Schmid因子分布

④ 位错缠结与位错结的高频形成支撑高应变硬化

在调幅分解结构调控下，位错在相界附近发生频繁的交互、合并与缠结，最终形成位错结结构，这类位错结具有较高的能量壁垒，需要更大外加应力才能被解锁，从而直接提高了应变硬化能力。同时，M6中可动位错在变形过程中能够持续保留，并未因过度缠结而被过早耗尽，这一现象说明，调幅分解结构不仅能阻碍位错（提供强化），还能调控位错形态与相互作用模式（提供延展性维持），形成了一个可持续增强的塑性调控回路。

位错结构与应力松弛实验

【总结与展望】

本论文研究了如何解决RHEA的强度-延性权衡问题，在耐火高熵合金体系中，通过自发组成波调控，实现“高强+高延展”的突破性协同，对未来高温结构材料设计（航空发动机、火箭喷管、超高温防护）具有重要启示。