高熵合金，具有双相结构，可用于优化新材料的性能。在共晶高熵合金(EHEAs)中，广泛的裂纹生成与高均匀延伸率之间的冲突是可以被解决的。EHEAs是近年来发展起来的新型多主元层状复合材料。今日，上海大学钟云波团队，北京科技大学王沿东团队在Science上发文，报道了一种定向凝固的共晶高熵合金（EHEA），协调了裂纹容限和高伸长率之间的互不相容矛盾。利用凝固组织控制，将此共晶高熵合金材料中均匀的共晶组织设计凝固成类似鱼骨的多级共晶层片结构。在拉伸加载时，硬相B2层片中不但形成常规位错，还将萌生高密度的微裂纹，缓解材料变形时的应力集中。微裂纹仅在B2相中大量萌生和沿拉伸加载方向拉长，一旦遇到软性相L12界面时便不再扩展，裂纹前端被钝化为近圆形；而在软性相L12层片中动态形成的高密度多组态位错和微带，诱导了不断增强的加工硬化，因而表现出超优的塑性变形能力。在这种相间协同变形作用下，B2相中大量萌生的微裂纹不仅不会恶化共晶高熵合金性能反而可以做为一种有效的应变补偿者去改善材料塑性。这一突破源于仿生激发的多级裂纹缓冲效应，其允许多重微裂纹的广泛成核，但在随后的巨大应变范围内显著抑制了它们的灾难性生长和破坏。在不牺牲强度的情况下，这种共晶鱼骨材料获得了超高的断裂韧性，特别是其延伸率达到了前所未有的50%，是传统铸态共晶材料的3倍。室温下的拉伸力学性能如图（图源：Science）：
软有序面心立方L12 薄片，承重响应的微观结构和微观力学（图源：Science）。
该工作提供了一种仿生的多级微观结构设计方法，并在定向凝固的块状EHEA中得到验证。裂纹容限可以维持在巨大~25%的拉伸应变范围内而不发生断裂失效，结果使材料的延展性在不牺牲强度的情况下提高了3倍。这种多级结构的构筑方法和理念对于指导更广泛的共晶型铸态HEAs/传统合金的发展以及性能改善具有显著的实际意义。DOI: 10.1126/science.abf6986本文经授权转载自“材料学网”。