层状纳米孪晶铜中组分比例与界面约束对强韧化效应的协同调控机制

这篇研究揭示了层状纳米孪晶铜（LNT Cu）中硬组分比例（6%-30%）对力学性能的调控规律：通过界面约束诱导应变梯度强化（GNDs堆积），实现超越混合律（ROM）的强度提升；同时发现20%硬组分比例下因变形失同步性产生韧性峰值，为金属层状结构设计提供了新思路。

　　

Highlight

本研究通过设计硬组分比例（f_H）从6%至30%的层状纳米孪晶铜（LNT Cu），系统揭示了界面约束对材料强韧化的双重作用：在拉伸测试中，硬组分增加导致约束减弱，反而通过扩大应变梯度区域（IAZs）实现持续强化；但在疲劳裂纹扩展（FCG）过程中，这种弱化约束会破坏组元同步变形，促使裂纹优先在硬组分中扩展，最终在f_H=20%的样品中观测到额外的韧性峰值。

Microstructure characteristics

如图1所示，四种不同硬组分比例（6%-30%）的LNT Cu样品通过外延生长形成清晰界面。EBSD分析显示，软组分（?）具有粗大晶粒（15-50μm）和稀疏孪晶界（TBs），而硬组分（?）呈现超细晶粒（500-800nm）与高密度纳米孪晶（间距~30nm）。这种微观结构差异在界面处形成显著的变形不兼容性，为后续力学行为分析奠定基础。

Conclusions

硬组分比例对LNT Cu的强化与韧化呈现非单调调控：随着f_H增加，弱化的界面约束虽增强应变梯度效应（ΔK_th,eff提升），但会引发裂纹扩展不同步性。这种"此消彼长"的竞争机制为优化层状金属的强韧性组合提供了新视角。