导读：具有纳米晶粒的金属具有接近2GPa的超高强度。然而，这种极端的晶界强化导致几乎所有的拉伸延展性丧失，包括金属具有面心立方结构—所有晶体结构中延展性最强的结构。在这里，本文证明了纳米晶镍钴固溶体虽然仍然是面心立方单相，但显示出约2.3吉帕的拉伸强度和约16%的断裂伸长率，具有可观的延展性。这种不寻常的抗拉强度和延展性结合是通过高浓度固溶体中的成分波动来实现的。起伏使层错能和晶格应变在1到10纳米范围内的长度尺度上发生空间变化，从而显著影响位错的运动。尽管纳米晶粒内部的空间非常有限，但位错的运动变得缓慢，促进了它们的相互作用、互锁和积累。结果，流动应力增加，同时促进了位错储存，增加了应变硬化，从而增加了延展性。同时，沿位错线的链段脱陷需要较小的活化体积，因此应变率敏感性增加，这也稳定了拉伸流动。因此，抗位错传播的起伏景观提供了一种加强机制，可在高流动应力下保持拉伸延展性。
近年来，人们不断努力将晶粒稳定在纳米尺寸范围内。这种纳米晶(NC)材料的机械强度预计将增加超过1GPa，甚至接近某些金属的2GPa水平。然而，这种晶界(GB)硬化伴随着拉伸延展性的降低，断裂伸长率下降到不到几个百分点，使NC金属几乎无法使用。这种权衡并不奇怪，因为微小的NC晶粒缺乏应变硬化和应变率硬化的能力，而这对于维持塑性应变至关重要.由于内部背应力，应力-应变曲线仅在屈服开始后短暂增加。这种名义上的“应变硬化”会在塑性应变的百分之几内迅速耗尽。对于连续加入塑性流动的NC晶粒内部的内在加工硬化，产生的位错迅速从一个GB（源）穿过湮灭到其他GB中，几乎没有机会保留在内部。这种位错储存的缺乏剥夺了金属最有效的应变硬化机制。
因此，需要设计一种强化机制，该机制还可以赋予NC晶粒额外的应变硬化和应变率硬化，以使应变离域并避免塑性不稳定性。我们利用高度浓缩的固溶体来应对这一挑战。我们的设计策略概述如下。中心思想从最近出现的高熵合金(HEA)中得到启发，它们是由多种主要元素组成的合金；不同水平的不均匀性已被证明可以分散晶格内的位错活动，从而提高强度-延展性协同作用。然而，报告的HEA的机械性能变化有来自已知机制的巨大贡献，例如错配体积和局部化学排序，从而掩盖了成分波动的作用。
由吉林大学、西安交通大学、悉尼大学、南京理工大学等组成的研究团队，对超高强纳米金属的应变硬化提出了一种新的机制，并依此路径设计了新颖的高性能合金。在这里，我们选择使用单相面心立方(fcc)镍钴(NiCo)固溶体。Ni和Co具有相似的原子尺寸和弹性模量，混合热几乎为零.因此，NiCo固溶体接近于“随机溶液”，对传统的固溶体硬化没有太多期望，这可能会掩盖浓缩合金元素波动的目标效果。由于化学有序区域或第二相的沉淀，Ni-Co系统也没有潜在的并发症，这可能（不利地）影响拉伸延展性。通过这种方式，浓度不均匀性作为与均匀fcc金属的关键区别被分离出来。此外，我们的NiCo溶液将具有接近相等的原子组成。除了这种高浓度溶液已知的明显的统计浓度波动，我们特意使用电沉积作为制造路线，以进一步升级成分波动，不仅在其大小方面，而且在其长度尺度方面（即，匹配位错最有可能响应的特征长度.在这种高度集中的合金中，堆垛层错能(SFE)不是单值属性，而是在空间上随位置变化。将形成异常崎岖的景观以抵抗位错运动，导致位错运动缓慢并在应变时促进位错堵塞。这提高了流动应力和加工硬化率。同时，由于需要激活捕获的位错段，应变率敏感性也增加了。我们的机制同时赋予了额外的应变硬化和应变率硬化，因此在超高流动应力下保持了拉伸延展性。实现这种理想的组合一直是NC金属面临的长期挑战。
相关研究成果以“Unitingtensileductilitywithultrahighstrengthvia
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