近年来，多主组元高熵合金的问世打破了传统合金设计理念，并因近乎无限的成分区间等优势彰显出广泛的应用前景。但长期制约传统金属结构材料发展的强度-塑性倒置关系在高熵合金中依然普遍存在，根本原因是其塑性变形机制与全位错主导变形传统金属材料并无本质差别。因此，迫切需要借助新颖的微观结构构筑来揭示高熵合金是否具有独特变形机制，以丰富金属材料的有效强韧化策略。
我们开发了一种简单、高效的小角度往复扭转梯度塑性变形技术，在保持Al0.1CoCrFeNi高熵合金棒材样品中原始晶粒尺寸和形貌不变时，其内部引入百纳米尺度小角位错胞结构。随距样品表面深度增加，位错胞尺寸逐渐增加，位错密度随之降低，实现了位错胞结构从样品表面至芯部的梯度序构分布和可控制备 (图1)。研究发现这种梯度位错胞结构不仅显著提高材料屈服强度，同时还使其保持与粗晶结构相当的塑性。梯度位错结构高熵合金的强塑积-屈服强度匹配明显优于文献报道中相同成分的均匀或梯度结构材料。结合多尺度微观结构表征技术，发现高熵合金中梯度位错结构在塑性变形过程中激活了不全位错--层错诱导塑性变形机制。变形初期，亚十纳米细小层错即从位错胞壁萌生、扩展，其密度随拉伸应变增加而增加，逐渐演变成超高密度三维层错网格，直至布满整个晶粒。超高密度细小层错/孪晶的形成有效协调塑性变形，细化初始位错结构并阻碍其它缺陷运动而贡献强度和加工硬化。这一全新层错强韧化机制不同于传统结构材料的全位错强化，与高熵合金中空间波动的低层错能、纳米尺度位错胞结构以及梯度序构效应引起的复杂应力场密不可分。
相关工作发表在Science, 374 (2021) 984。
图1. Al0.1CoCrFeNi高熵合金中典型梯度位错结构。距离样品表面1.2 mm内(A, B)以及芯部 (G, H) 的截面EBSD结果显示晶粒 (形貌、尺寸、取向)以及内部位错结构在空间上的分布特征；(C) 梯度位错胞结构示意图；(D-E) 表层晶粒内典型位错胞TEM结果显示平均位错胞尺寸为200 nm，胞壁取向差介于0.7o-4.8o；(F) 对应D图单个晶粒内跨过诸多位错胞的累积取向差仅为7o。
