摘要：绝大多数合金及其微结构设计在过去数十年间主要针对室温及高温环境下的力学性能优化。随着我国在极地、深海、深空及能源等极端环境领域的持续探索，低温严苛工况对金属结构材料的综合力学性能提出了前所未有的挑战。在此类环境下，结构材料不仅需要具备高强度，还必须兼顾优异的延

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

绝大多数合金及其微结构设计在过去数十年间主要针对室温及高温环境下的力学性能优化。随着我国在极地、深海、深空及能源等极端环境领域的持续探索，低温严苛工况对金属结构材料的综合力学性能提出了前所未有的挑战。在此类环境下，结构材料不仅需要具备高强度，还必须兼顾优异的延展性与断裂韧性。然而，低温强韧性协同提升始终是工程应用中的世界性难题。

2025 年 8 月 27 日，华东理工大学张显程教授作为共同通讯作者（陆体文博士和孙彬涵教授作为共同第一作者），在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：Dual-scale chemical ordering for cryogenic properties in CoNiV-based alloys的研究论文。

该研究通过对材料熵和焓的同步精准调控，可以在钴镍钒（CoNiV）基合金中熵合金内形成高密度的短程有序结构（SRO）与纳米长程有序（NLRO）的双尺度纳米结构，该结构使得材料在临近液氮温度下获得超高抗拉强度和低温断裂韧性，该研究将为极端低温环境服役的关键构件制造提供全新材料设计思路。

金属材料在严酷的低温环境下常表现出机械性能的退化，这为低温基础设施的应用带来了挑战。

在这项最新研究中，研究团队在钴镍钒（CoNiV）基合金的金属固溶体基体中设计了一种双尺度原子有序纳米结构。该结构的特征在于同时存在超高密度的亚纳米级短程有序区域（~2.4×10²⁶ m⁻³）和纳米级长程有序区域（~4.5×10²⁵ m⁻³），旨在提升材料在低温下强度与塑性的协同效应。

研究显示，纳米长程有序结构通过位错阻塞效应及其引发的新位错生成，不仅提升了位错剪切应力，还显著加速了位错增殖。同时，这种效应能够缓解长程有序障碍物处的应力集中，从而抑制此类区域作为损伤形核源的潜在风险。实验表明，该合金在 87 K 低温下实现了 76 GPa% 的强塑性积（屈服强度约 1.2 GPa），显著优于缺乏此类多尺度有序结构的传统材料——后者通常仅含有数十纳米尺寸的短程有序或共格析出相。

该研究揭示了双级化学有序结构对复杂合金低温力学性能的调控机制，为通过有序态调控提升深冷应用材料的力学性能提供了理论依据与技术路径。

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来源：白公子来了