强度和延展性是金属结构材料的两个关键机械性能。面心立方（FCC）金属通常表现出优异的延展性，但屈服强度相对较低[1,2]。虽然通过塑性变形细化晶粒尺寸可以显著提高金属材料的强度，但这往往会导致延展性大幅降低[3,4]。例如，纳米晶金属材料由于Hall-Petch效应而表现出高硬度和高强度[5]。强度和延展性之间的权衡长期以来一直是金属结构材料面临的挑战，主要是由于应变硬化不足，无法承受高流动应力并防止塑性失稳[2,[6], [7], [8]]。尽管已经报道了变形孪晶诱导的塑性和转变诱导的塑性可以在低堆垛错能的合金中实现良好的强度和延展性组合[[9], [10], [11], [12]]，但这些效应在显著细化的微观结构中往往会减弱。
最近，许多研究致力于定制异质微观结构以实现理想的强度和延展性组合[[13], [14], [15], [16]]。在异质结构中，受自然设计启发的梯度结构因其相对简单的加工路径和显著的机械性能而受到广泛关注[[17], [18], [19], [20], [21]]。例如，在粗晶（CG）铜中引入梯度结构可以使其屈服强度翻倍，同时保持与其均匀CG对应物相当的延展性[17]。在拉伸变形过程中，几何必需的位错（GNDs）在硬区和软区之间的界面附近积累，以适应应变不匹配，从而产生长程异质变形诱导（HDI）应力[[22], [23], [24]]。在异质材料中，最大化HDI强化与高密度的异质界面和结构不同区域之间的明显应变分配密切相关[[24], [25], [26], [27]]。值得注意的是，双异质结构设计已在高熵合金和铜合金等系统中实现协同的强度-延展性增强[21,25]。
实际上，金属材料的机械性能不仅取决于其内部微观结构，还取决于外部条件。在低温下，纳米结构金属表现出显著更高的屈服强度，并且通常比室温下的性能保持相当的延展性[[28], [29], [30]]。这种改进归因于动态恢复的抑制和额外变形机制（如变形孪晶）的激活，这些机制在低温下共同恢复了应变硬化能力[31,32]。例如，部分再结晶的铜合金在低温下的屈服强度和延展性显著提高，与293 K时的性能相比[33]。这种增强是因为在室温下波浪状位错滑移占主导地位，而在低温条件下激活了多种变形机制，包括平面位错滑移和变形孪晶。此外，金属材料中的高应变不匹配可以诱导显著的HDI应力，进一步提高应变硬化能力[13,26,[34], [35], [36]]。通过改变温度，在具有异质微观结构的铜合金中获得了机械性能的显著转变。上述研究主要集中在单异质结构铜合金的变形行为和强化机制上。然而，对于双异质结构铜合金中多个异质界面处的协同强化行为和微观结构演变的研究相对较少，特别是在低温下。
低温通常可以同时显著提高合金的强度和延展性，实现优异的强度-延展性组合[[37], [38], [39]]。这为开发适用于极低温度环境的高性能结构材料提供了候选系统。典型的应用领域包括航空航天领域，如低温容器、管道和液氢/液氧燃料储存和运输系统的结构部件，以及极地探索和液化天然气行业的低温储存和运输设施。
在本研究中，研究了具有双异质结构（结合梯度结构和双峰结构）的Cu-4.5Al合金在77 K和293 K下的机械性能和微观结构演变。此外，对变形微观结构的全面多尺度表征揭示了这两种温度下双异质结构的潜在变形机制。
