本报讯（记者 吴雅兰 柯溢能）有一个寓言故事，讲的是一棵松树很坚强，不管多大的风都站直腰杆，它看不起竹子软弱的样子，遇到稍大一点的风就摇摆不停。一天，暴风雨来临。狂风中松树岿然不动，竹子却不停随风舞动。突然，松树被拦腰折断，而竹子却以柔克刚，安然无恙。
金属材料中也存在着类似松树和竹子两种截然不同的性质。有的金属强度大但容易折断，有的金属韧性足但不够坚硬。强度和韧性就像鱼和熊掌，很难兼得。
近年来科学家们发现，将多种元素等原子比固溶在一起，理论上能够制得原子排列有序而元素排列无序的高熵合金，而部分高熵合金可以同时具备高强度和高塑性，从而打破传统金属中强塑性难以并存的困境。但这背后的原因一直让人摸不透。
近日，浙江大学材料科学与工程学院、硅材料国家重点实验室、电子显微镜中心张泽院士团队的余倩和美国乔治亚理工学院的Ting Zhu、加州大学伯克利分校的Robert. Ritchie合作，从解密高熵合金中元素分布开始着手，揭开了庐山真面目。北京时间10月10日，相关成果在线刊登在国际顶尖杂志《自然》上。
课题组首先通过原子尺度的元素分布表征，揭示了高熵合金多种元素如何固溶在一起的重要疑问。“我们发现了高熵合金中独特的浓度波起伏，相比于传统固溶体合金中在晶格尺度趋于平直的元素浓度波起伏，高熵合金中，即使是CrMnFeCoNi合金也存在各种元素的浓度在晶格间25%到15%的震荡。这样的浓度起伏会带来纳米尺度晶格阻力的震荡和局域层错能的变化。”余倩说。
接着，通过在保证完全固溶的前提下增加元素间电负性和原子大小的差距，研究人员制备了纳米尺度各种元素浓度起伏在60%到0之间的CrFeCo-NiPd合金。
在高倍电镜的放大下，研究人员看到，一条条的位错线，好像一浪又一浪的钱塘潮，滚滚向前。普通材料的位错线是沿着固定的滑移带像一线潮那样奔涌向前。但是CrFeCoNiPd合金中，位错线却走得磕磕绊绊。本来整体往前走的“一线潮”，像遇到了丘陵般起伏的水底，改变了方向和形状，形成了“交叉潮”甚至“回头潮”。
科研人员把这样的位错移动称为交滑移，位错之间的相互作用就会增加，提供了更多变形的可能，也使得合金有更好的均匀变形能力又有更好的强度，鱼和熊掌可以兼得了。
余倩说：“准确认识高熵合金中高强塑性背后的本征原因将帮助我们揭秘高效的强韧化机理，有利于材料性能优化设计和高性能合金的研发。”
高熵合金强度与塑性兼得的特点以及优良的低温性能，在未来航空、南北极等对温度要求严苛的材料制备上大有可为，同时在防撞领域上也有重要应用。