在材料科学领域，金属和合金的强度与延展性一直是研究人员关注的焦点。长久以来，经典的强化机制在提升金属强度的同时，往往会导致延展性的严重损失，这一矛盾如同横亘在材料科学家面前的一座大山。不过，近期一项发表于《自然通讯》的研究成果，为解决这一难题带来了新的曙光。

传统的教科书理论认为，加工硬化材料中初始的高密度位错会损害材料的延展性。在实际的金属加工过程中，像轧制、拉拔和扭转等工艺，会使位错不断积累，最终形成平衡态的低能量位错结构（LEDS）。这种结构虽然能提高屈服强度，却极大地削弱了位错的移动性和增殖能力，导致材料延展性变差，强度与延展性之间似乎只能“二选一” 。

为了突破这一困境，来自西北工业大学、香港城市大学等多机构的科研团队，受自然界非平衡复杂系统自组织现象的启发，对一种通过增材制造技术制备的中熵合金展开研究，探索其内部偏聚 - 位错自组织结构（SD - SOS）的奥秘。

科研团队利用激光粉末床熔融（LPBF）技术，制备出了Ni 35 Co 35 Cr 25 Ti 3 Al 2 合金。这种合金的微观结构十分独特，高密度的位错与Ti偏析的胞状凝固界面相互重叠，呈现出蜂窝状或柱状的形态。而且，SD - SOS边界存在大量的层错（SFs）和Lomer - Cottrell（L-C）锁，这些微观特征与传统的LEDS截然不同。

在对合金进行拉伸性能测试时，科研人员发现了令人惊喜的结果。与铸态合金相比，具有SD-SOS结构的合金屈服强度几乎翻倍，从338±5MPa提升到了655±14MPa；更重要的是，其延展性也相当出色，达到了约35%，远超轧制合金的约16%。即便在加载方向垂直于构建方向这种通常会降低延展性的情况下，该合金依然能保持良好的拉伸延展性。

进一步的研究揭示了其中的变形微观机制。在塑性变形过程中，位错滑移是主要的变形方式。SD-SOS边界会阻碍位错的滑移，使得滑移带间距不断细化。通过原位同步辐射X射线衍射（SXRD）分析发现，该合金在变形过程中的位错密度显著增加，并且位错的存储速率更高。SD-SOS边界不仅能作为高效的位错源发射位错和SFs，还能与滑移位错相互作用形成L-C锁和割阶，实现大量位错的存储，从而提高合金的应变硬化能力，降低应力集中，保证了合金的高延展性。

这项研究成果意义重大。它打破了传统理论中关于位错强化必然牺牲延展性的认知，为合金的性能优化开辟了新的道路。SD-SOS作为增材制造合金中的常见特征，意味着相关研究成果具有广泛的适用性。通过调整增材制造工艺条件、溶质偏析和堆垛层错能等因素，有望实现对合金性能的精准调控，满足不同工程领域对材料强度和延展性的特殊需求。

未来，随着研究的深入，这种基于SD-SOS的位错工程策略，可能会在航空航天、汽车制造、医疗器械等众多领域得到应用，推动相关产业的材料升级，为实现更高效、更安全的工程设计提供有力的材料支撑。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-56710-3