改写教科书!他,博毕6年破格晋升!西工大院长/国重首席,新发Nature子刊!

位错是晶体塑性的本源,但经典位错强化理论认为加工硬化材料的初始高密度位错通常被认为对塑性是有害的。

2025年2月8日,西北工业大学何峰教授、王锦程教授、林鑫教授在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Segregation-dislocation self-organized structures ductilize a work-hardened medium entropy alloy》的研究论文,博士生郭博静为论文第一作者,何峰教授、王锦程教授、林鑫教授为论文共同通讯作者。

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王锦程,西北工业大学教授。1995年、1998年、2001年在西北工业大学获学士、硕士和博士学位,同年留校工作,2002-2004年在日本物质材料研究机构进行博士后研究工作,之后曾4次前往日本物质材料研究机构及日本宇宙航空研究开发机构进行合作研究,2009年晋升为教授。

王锦程教授目前主要从事增材制造、多尺度计算模拟、合金设计等方面的研究工作。以第一作者或通讯作者身份在Nat. Comm.、Acta Mater.、Int. J. Plasticity、Addi. Manuf.等领域顶刊发表SCI论文200余篇,授权发明专利20余项。

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,西北工业大学教授。2019年获得西北工业大学博士学位,博士期间进入麻省理工学院联合培养。2019-2021年于香港城市大学从事博士后研究。

何峰教授的主要研究方向为先进金属材料的强韧化设计与增材制造,以第一或通讯作者发表Nat. Commun.、Acta Mater.、Int. J. Plasticty、Addi. Manuf.、J. Mate. Sci. and Technol.Scr. Mater.中科院1区论文20篇,其它论文70余篇。

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林鑫,西北工业大学教授、教育实验学院院长,国家“增材制造与激光制造”重点研发计划项目首席科学家(2016)。2000年在西北工业大学获得博士学位,并留校任教;2003-2005年在香港理工大学从事博士后研究,2006年破格晋升教授。

林鑫教授的主要研究方向为1、增材制造与创新设计;2、精确凝固理论与技术;3、材料加工过程热、力、组织宏微观模型及模拟仿真。在Acta Mater.、Addit. Manuf.等国内外材料、冶金及机械领域学术期刊发表SCI论文500余篇,SCI他引12000余次。合作出版专著/编著6部。授权国家发明专利50余项。

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受自然界非平衡复杂系统的自组织临界状态启发,研究团队探索了具有偏析-位错自组织结构(SD-SOS)的增材制造介质中熵合金的机械响应。

研究显示,当初始位错以SD-SOS形式存在时,教科书上的位错强化必然牺牲延展性的理论可以被推翻。结果表明,SD-SOS除通过发射位错和堆垛层错提供位错源外,还与滑移位错动态交互作用,持续生成Lomer-Cottrell(L-C)锁和割阶实现位错存储。

有效的位错增殖和储存能力导致平面滑移带的持续细化,使得通过增材制造生产的硬化合金具有高位错密度-高塑性协同。

这些发现为通过调整位错构型来优化合金的机械性能奠定了基础。

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图1:增材制造中熵合金的微观结构

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图2:中熵合金的机械性能

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图3:变形微观机制

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图4:位错增殖和存储机制

综上,本研究探索了一种通过增材制造技术生产的具有偏析-位错自组织结构(SD-SOS)的中熵合金的机械响应。研究发现,当初始位错以SD-SOS的形式存在时,传统的位错强化理论(即位错强化必然牺牲塑性)可以被推翻。

该研究为通过调控位错构型优化合金力学行为提供了先例,挑战了传统的位错强化理论,为开发兼具高强度和高塑性的合金材料开辟了新途径。

这种通过增材制造实现的位错调控方法有望广泛应用于金属材料的高性能化,特别是在航空航天、汽车制造和能源领域,有助于开发出更轻、更强、更节能的结构材料。

Guo, B., Cui, D., Wu, Q. et al. Segregation-dislocation self-organized structures ductilize a work-hardened medium entropy alloy. Nat. Commun., (2025).

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