教科书里介绍的材料强化方法（固溶强化、细晶强化、第二相析出强化等等），可以将材料的屈服强度提高至GPa水平。然而，强化后的金属加工硬化率（应力—应变曲线的斜率）通常不升反降，使得拉伸时易发生严重的变形局域化，塑性大幅降低。只有当加工硬化率与流变应力保持相当时（例如，同时维持在GPa），金属才能在拉伸过程中稳定地均匀变形。然而这极难在高强度金属大应变时实现。

多主元合金为解决上述“强度—塑性相互掣肘”难题提供了新的机遇。多主元合金是以高构型熵为设计理念的一类金属，通常由3种以上的元素以接近等原子比混合组成，又称为高熵合金（High-entropy alloys, HEAs）。HEA的高浓度组分带来了从亚纳米到约十纳米尺度上的化学不均匀性，包括化学成分起伏、局域化学序以及丰富的“界面”。位错需要穿过不同组分、不同化学有序度的纳米级局部区域，能量不断起伏。因此，位错线受到额外阻力，导致其波浪状地向前运动。此种类型的位错运动需要更高的驱动应力，使得合金的强度得以明显提升。与此同时，在缺陷的动态演化方面，上述减缓的位错运动会促进位错的相遇、缠结、反应和增殖。大量局部区域的低层错能也使得在拉伸变形过程中很容易产生层错、孪晶以及相变层。这些在变形中不断积累的缺陷和细化了的微观组织，使材料在高流变应力下仍保持足够高的加工硬化率，从而提高均匀拉伸塑性乃至总延伸率（图1）。

以上见解可以解释图1中总结的最新数据：许多高熵合金同时实现了高强度与高塑性，并正向着“既有高强度合金的GPa级屈服强度、又有可与单质金属媲美的大延伸率”（即图中右上角）的方向扩展。这一思路于2月14号以《利用高熵合金中的化学不均匀性同时实现高强度高塑性》“Chemical inhomogeneities in high-entropy alloys help mitigate the strength-ductility trade-off”为题发表在国际顶级综述期刊Progress in Materials Science （IF=37.4）。Myball迈博体育官方网站手机版金属材料强度国家重点实验室材料创新设计中心(CAID) 为论文唯一单位。马恩教授为此综述的第一作者，马恩教授与刘畅教授为共同通讯作者。全文及所附支持材料，见 https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2024.101252

图1 金属合金的拉伸屈服强度 versus延伸率 （拉伸塑性）。浅蓝色区代表传统金属；粉红色区域代表纳米异构金属；黄色区中的高熵合金（不同颜色代表不同晶体结构的HEAs）有效地助力了高强度高塑性的同时实现： 许多“又强又塑”的新金属材料表现出向着图中右上角方向铺展的明显趋势。而右上角方向代表着人们长期以来追求的目标：“既有高强度合金具有的GPa级屈服强度、又有与单质金属媲美的大（~50%量级）延伸率”。