在现代工程中，开发兼具高强度和适当延展性的金属结构材料仍然是一个关键挑战[1]，[2]。传统的单一主元素合金通常表现出严重的强度-延展性权衡，即强度的提高不可避免地伴随着塑性的显著损失[3]。在这种背景下，高/中熵合金（HEAs/MEAs）作为一种有前景的替代品出现，它们利用多主元素设计和四种核心效应[4]，[5]实现了卓越的机械性能，包括高强度、良好的延展性、抗疲劳性和耐磨性[6]，[7]，[8]，[9]。这些特性使得HEAs/MEAs在航空航天和先进制造领域具有吸引力。然而，单相面心立方（FCC）HEAs/MEAs虽然具有优异的延展性和断裂韧性，但通常表现出相对较低的抗拉强度（UTS）和屈服强度（YS）[10]，[11]，[12]。正如我们之前的工作[13]所示，这种内在的强度限制严重限制了它们的承载应用。因此，在不显著牺牲延展性的情况下实现吉帕级别的强度仍然是单相FCC HEAs/MEAs的一个关键目标。
为了解决这一挑战，异质结构设计作为一种有前景的策略应运而生[14]，[15]，[16]，利用异质变形诱导（HDI）机制同时实现强化和应变硬化[15]，[17]。与均匀或细晶材料不同，异质微观结构整合了具有不同机械性能的区域，从而实现了强度和延展性的平衡[18]，[19]，[20]。最近的研究表明，将软相或粗晶与硬相、细晶或非再结晶（NRX）区域结合可以通过协调变形有效平衡这些性能[21]。然而，实现这种平衡往往需要牺牲强度或延展性[12]，[22]。例如，含有再结晶（RX）和NRX区域的合金通常由于其恢复和再结晶作用而表现出比轧制态更低的强度[23]，[24]。此外，NRX区域的有限变形能力降低了延展性，与完全再结晶的合金相比[23]，[25]。这些限制突显了需要先进的合金设计，以战略性地整合多种强化机制来优化强度-延展性平衡。
异质结构可以通过热机械处理从均匀的粗晶材料中制备，通常根据微观结构配置进行分类，如层状[26]、双相[27]和梯度结构[28]。在层状设计中，机械性质不同的层通过界面耦合，其中位错-界面相互作用对应变硬化起着关键作用[26]。双相结构具有特定拓扑排列的软相和硬相[27]。软相适应塑性变形，而硬相承受大部分载荷，它们的协同作用使得合金同时具有高强度和显著的延展性[29]。梯度结构在空间方向上表现出成分、晶粒尺寸或晶体取向的连续变化，促进了明显的应变梯度和增强的加工硬化[28]。通过利用不同区域之间的机械和物理不匹配，这些异质结构在变形过程中诱导了强烈的域间耦合，从而缓解了传统的强度-延展性权衡。尽管如此，潜在的变形和强化机制仍需进一步阐明。
在这项工作中，通过冷轧后进行高温短时退火，在单相FCC Co18Cr27Ni45Al8Mo2中熵合金中设计了一种具有空间选择性L12沉淀物的异质结构。在910 °C下退火10分钟后，L12纳米颗粒在NRX区域优先形成，而在RX区域的沉淀被大大抑制。这种独特的微观结构设计实现了优异的强度-延展性平衡，抗拉强度为1213 ± 70 MPa，屈服强度为956 ± 50 MPa，伸长率为18.2% ± 1.3%。这种具有区域特异性L12沉淀物的异质结构的刻意创建是本研究的一个关键创新。此外，使用透射电子显微镜（TEM）系统地表征了不同应变水平下的微观结构演变，阐明了变形机制，并为高性能异质结构材料的设计提供了直接证据。这项工作不仅展示了一种通过调整L12纳米沉淀物的空间分布来增强单相FCC合金强度-延展性平衡的新方法，还为高性能异质结构材料的设计提供了宝贵的理论见解。
