該研究表明通過激光粉末床熔融（L-PBF）增材制造技術(shù)，可促使鋁合金同時具備細化的多模態(tài)晶粒異質(zhì)結(jié)構(gòu)與納米尺度的面缺陷（如層錯，孿晶界，9R相），以此優(yōu)化材料力學(xué)性能，使其屈服強度達到迄今為止幾乎所有L-PBF生產(chǎn)的鋁合金中最高水平（~656 MPa），并同時具有可觀的延伸率（~7.2%）。該類高強韌鋁合金的成功研發(fā)為用于先進結(jié)構(gòu)應(yīng)用的高性能鋁合金部件提供了新的范式，有利于輕量化設(shè)計和減少碳足跡。

　　金屬增材制造技術(shù)作為一種先進的材料成形工藝，為復(fù)雜結(jié)構(gòu)零部件設(shè)計與成型及高性能合金的設(shè)計與開發(fā)提供了新的機遇。在雙碳約束與加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力戰(zhàn)略的背景下，市場對產(chǎn)品輕質(zhì)高強化的需求與標(biāo)準(zhǔn)不斷提高。因此，具有優(yōu)異力學(xué)性能的輕質(zhì)鋁合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)零部件受到了航空航天、汽車工業(yè)和國防工業(yè)等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。目前，大多數(shù)鋁合金的金屬增材制造局限于近共晶的鋁硅成分（如AlSi10Mg），雖然這些成分容易加工，但力學(xué)性能較差。而具有最佳性能的沉淀硬化鋁合金（如2xxx或7xxx系列）由于凝固溫度區(qū)間大，在打印過程的極端凝固條件下極易發(fā)生熱裂現(xiàn)象，從而難以制備。九游官方入口朱強團隊與其他團隊之前的研究均表明，通過原位形成或外部引入與鋁基體晶格匹配的異質(zhì)形核顆粒，和/或含有高生長限制因子（即高Q值）的有效溶質(zhì)，可以在打印過程中引發(fā)顯著的晶粒細化與消除裂紋。然而，這些鋁合金在強度和延展性之間難以實現(xiàn)令人滿意的平衡，對打印鋁合金的更廣泛的商業(yè)部署與工業(yè)應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)。

　　近期，材料學(xué)界在開發(fā)高性能金屬材料取得的突破揭示了引入納米級強化面缺陷（如孿晶邊界，層錯，9R相）以提高力學(xué)性能的變革潛力。以納米孿晶為例，其作為一種特殊的微觀組織可為金屬材料帶來諸如高強度、高穩(wěn)定性等優(yōu)異的性能，一直是行業(yè)內(nèi)的研究熱點。但迄今為止，相關(guān)研究大多局限于具有中、低層錯能的金屬材料（如銅和銀等），在具有高層錯能的金屬(如鋁)中則很難形成納米孿晶組織。

　　對于工業(yè)上廣泛使用的鋁及鋁合金而言，如果能形成這些納米級的面缺陷進行強化，則有望大幅度提高其強度，從而擴寬其應(yīng)用范圍。通常而言，將鋁與低層錯能金屬（如鐵，銀，鎂等）復(fù)合，可以在超快速凝固條件下（如物理氣相沉積）形成具有納米孿晶的鋁基薄膜。這種制備方法工藝復(fù)雜、條件嚴苛，同時需要利用低層錯能金屬作為孿晶源以誘發(fā)孿晶生長且僅能制備薄膜材料。對于塊狀材料而言，目前主要通過嚴重塑性變形來引入這些納米尺度的面缺陷進行強化，其實際應(yīng)用則受到限制。因此，如何能在更加簡單的條件下直接制備出納米面缺陷強化的塊狀鋁材料仍是國際性難題，相關(guān)研究具有重要的理論意義與實用價值。

　　針對上述問題，朱強與其合作者提出了一種通過增材制造技術(shù)制備具有超細異質(zhì)結(jié)構(gòu)與納米尺度面缺陷強化的Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金材料，其兼具超高強度與高塑性。研究表明打印態(tài)鋁合金展示出三模態(tài)晶粒分布的分層異質(zhì)結(jié)構(gòu)：超細等軸晶，細等軸晶與細小柱狀晶，主要是由于Al3(Sc,Zr)顆粒的不均勻析出而形成。進一步的微觀組織表征還發(fā)現(xiàn)納米尺度的面缺陷，包括高密度的層錯、孿晶界與9R相。打印態(tài)的合金展示出優(yōu)異的力學(xué)性能，包括屈服強度~461 MPa，延伸率~21％。為進一步增幅沉淀強化效果，課題組采用直接時效熱處理（300攝氏度下4小時）促進大量納米強化相的析出。同時，打印態(tài)組織中的納米級面缺陷和三模態(tài)晶粒異質(zhì)結(jié)構(gòu)在熱處理后也得以保留，這成就了超高強度與優(yōu)異塑性的結(jié)合。熱處理態(tài)合金~656MPa的屈服強度超過了之前報道的幾乎所有增材制造高強鋁合金與鍛造鋁合金。

　　南方科技大學(xué)-香港城市大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)2021級博士生李干為論文第一作者，九游官方入口南方科技大學(xué)朱強講席教授、香港城市大學(xué)呂堅院士、昆士蘭大學(xué)張明星教授和北京科技大學(xué)黃禹赫講師（原南方科技大學(xué)博士后）為論文共同通訊作者。此外，南科大機械系副教授逯文君、博士生候軍華、碩士生賀喜與材料系研究教授黎興剛也為論文的發(fā)表作出重要貢獻。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金、深圳市高機能材料增材制造重點實驗室、深圳市基礎(chǔ)研究項目等資助。