氢能作为零碳清洁能源，储运、增压、动力装备等核心结构件长期在高压氢气氛下服役，氢致开裂、氢脆失效是限制高强金属长期安全服役的核心瓶颈。对于传统沉淀强化合金，纳米析出相虽能显著提升基体强度，但析出相与基体界面极易成为氢富集、裂纹萌生的优先位点，普遍存在“强度越高、氢脆敏感性越强”的固有性能权衡矛盾，难以同时满足构件高承载与抗氢损伤双重需求。当前主流改性手段如晶界工程、单一元素合金化、细小碳化物析出等，仅能单方面改善抗氢或力学性能，无法从微观结构根源打破二者此消彼长的制约关系，难以适配高压氢能装备轻量化、长寿命发展需求。

CrFeCoNi基高熵合金本征具备优良抗氢基础，但单相体系屈服强度普遍不足1 GPa，承载能力偏低；通过Al、Ti微合金化引入L1₂有序析出相可大幅提升强度，然而常规连续析出形成光滑平直晶界，氢致沿晶裂纹极易快速扩展，依旧无法规避高强与抗氢脆的冲突。现有研究对L1₂相的氢捕获行为认知仅停留在宏观拉伸、热脱附间接表征层面，缺少原子尺度直接观测证据，且尚未厘清析出相形貌、晶界构型协同调控氢扩散与裂纹扩展的耦合机理，存在两处关键科学空白：其一，连续与非连续L1₂析出相在氢捕获能力、氢扩散阻滞效率上的定量差异尚不明确；其二，锯齿化晶界、纳米棒状L1₂双微观结构协同抑制氢致裂纹的完整作用机制未被系统揭示，缺少一套可同步实现超高强度与优异抗氢脆的微观调控方案。

针对上述难题，本文以Cr₁₈Fe₁₈Co₂₈Ni₂₈Al₄Ti₄高熵合金为研究对象，采用冷轧直接时效工艺诱导全域非连续L1₂析出，构建锯齿晶界+纳米棒状相干L1₂复合微观组织，同步制备单相参考合金、连续析出对比合金作为参照体系。综合电化学充氢慢拉伸、氢渗透、热脱附光谱、低温原子探针（Cryo-APT）氘同位素原子示踪、第一性原理DFT氢溶解能计算、多尺度TEM裂纹形貌表征等多手段，从宏观力学、氢传输动力学、原子氢分布、位错-裂纹演化多层级系统开展研究。实验直接可视化L1₂有序相内部氢富集行为，阐明有序结构双八面体位点带来的本征高氢捕获能力，同时揭示锯齿晶界迫使氢致裂纹多次偏转、延长扩展路径的增韧机制，建立“非连续L1析出—锯齿晶界阻裂+有序相捕氢双协同”设计逻辑。本研究突破高强合金与抗氢脆不可兼得的传统瓶颈，为氢能工况用高性能沉淀强化高熵合金、镍基高温合金提供全新微观结构设计思路。

文章以Reconciling ultrahigh strength and hydrogen embrittlement resistance via discontinuous L12 precipitation in a high-entropy alloy为题发表在Acta Materialia杂志上。

创新点

1. 提出全域非连续L1₂析出微观调控新策略，同步构建锯齿晶界与纳米棒状相干L1₂双结构，打破高强金属“强度-氢脆”固有权衡；目标合金抗拉强度达1730 MPa，氢致塑性损失相较单相基体降低33%，首次在L1₂强化高熵合金中实现超高强度与优异抗氢脆协同匹配。

2. 采用氘同位素标记低温原子探针(Cryo-APT)实现氢原子原子级原位可视化，直接证实氢优先富集于L1₂有序相内部而非相界面；结合DFT理论计算阐明L1₂晶格内O1、O2两类八面体位点氢溶解能差异，从原子有序构型层面揭示其本征强氢捕获、阻滞氢扩散的底层机理，弥补现有间接表征的研究短板。

3. 对比连续析出合金、单相基准合金完整厘清双协同抗氢机制：纳米L1₂相捕获游离氢、大幅降低基体可扩散氢浓度；锯齿化晶界迫使氢致裂纹多次偏转、显著延长裂纹扩展路径，二者耦合大幅提升临界致脆氢浓度，完善沉淀强化合金氢损伤抑制理论。

4. 明确冷轧直接时效可全域诱导非连续析出的工艺路径，无需分段固溶预处理，工艺简洁易规模化，为CrFeCoNi系、镍基γ'强化合金通用微观增韧抗氢设计提供可复制的制备与成分调控思路。

图1. DP合金的微观结构表征

图2. 氢致裂纹扩展行为

图3. 通过低温原子探针断层扫描（cryo-APT）对DP合金中氢的直接观察

总结

本工作以Al-Ti共掺杂CrFeCoNi基高熵合金为研究载体，通过冷轧直接时效工艺实现全域非连续L1₂析出，构建锯齿晶界与纳米棒状相干L1₂复合微观组织，并设置单相参考合金、连续L1析出对照合金形成完整对比体系。结合电化学充氢拉伸、氢渗透、热脱附光谱、氘标记低温原子探针、第一性原理DFT及多尺度TEM表征，系统阐明非连续析出体系同步实现超高强度与优异抗氢脆的双重协同机制。力学与氢损伤测试结果表明，非连续析出合金抗拉强度可达1730 MPa，氢诱导塑性损失较单相合金降低33%，临界致脆氢浓度提升近1.5倍，彻底突破传统沉淀强化材料“高强必高氢脆敏感性”固有矛盾。原子尺度表征直接观测到氢原子优先富集于L1₂相内部而非相界面，DFT计算证实有序晶格存在O1、O2两类八面体间隙位点，O1位点氢溶解能更低，赋予L1₂相本征氢捕获能力，有效降低基体可扩散氢含量；微观断裂观测揭示锯齿晶界可多次偏转氢致沿晶裂纹，大幅提升裂纹扩展阻力，两种微观效应耦合作用共同抑制氢致断裂。同时研究证实，无需分段固溶的冷轧直接时效工艺可全域生成非连续析出组织，简化热处理流程。本研究完整建立“非连续L1₂析出—有序相原子级捕氢—锯齿晶界多级阻裂”一体化抗氢设计理论，为氢能工况服役高强沉淀强化多主元合金提供全新微观调控范式。

后续研究可从材料体系、表征方法、工程化、多工况适配四大维度拓展：第一，拓展多元合金体系，调整Al、Ti、Nb、Ta等析出元素配比，定量建立元素含量、析出形貌与氢捕获效率、力学性能关联数据库，将该非连续析出调控策略迁移至镍基高温合金、中熵合金等主流氢能结构材料；第二，引入原位充氢透射表征，动态捕捉充氢-拉伸全过程氢原子迁移、裂纹萌生演化，结合相场模拟构建氢扩散-裂纹扩展耦合预测模型，实现微观组织抗氢性能定量预判；第三，开展热轧、增材成型等不同制备工艺下非连续析出行为研究，优化工业化热处理窗口，消除大尺寸构件组织不均匀问题，推进板材、锻件等工程试样试制；第四，开展高压气态长时充氢、高低温氢循环耦合服役性能测试，评估合金长期氢老化、疲劳氢脆行为，同步配套高温氧化、腐蚀性能评测，完善极端氢能工况材料综合评价体系；第五，基于本研究有序相捕氢、锯齿晶界阻裂双机制，开发梯度析出复合结构设计思路，进一步平衡强度、塑性与长周期氢耐久性，加速高性能抗氢合金在储氢容器、氢内燃机、航空氢能管路等装备落地应用。