导读：本文研究了由各向同性纳米晶基体和各向异性纳米孪晶束组成的异质纳米结构Cu在载荷方向平行、法向和45°倾斜于挛晶界（TBs）的各向异性拉伸行为。与同质纳米孪晶（NT）对应物中的各向异性增强作用不同，异质结构在平行拉伸下表现出最高的强度，在正常拉伸下表现出中等的强度。纳米孪晶束与纳米颗粒基体之间存在取向相关的变形相容性，即平行取向下的相容变形，但在与TB垂直和45°倾斜的方向上均存在明显的不兼容。取向相关的变形相容性归因于纳米晶粒基体中各向同性剪切带与纳米孪晶束中的各向异性变形之间的相互作用。
异质结构（HS），包括纳米孪晶结构、双相结构、异构层状结构、梯度结构和谐波结构等，由具有微观结构、长度尺度或化学组成巨大差异的组件构成的。由于其优越的机械性能，在过去几年中引起了广泛的关注。高强度，大延展性和增强的应变硬化能力的结合和改进的疲劳和断裂阻力一般不会在常规的均质材料中达到。通常，在异质材料中改善的综合机械性能被认为是由于异质形变引起的强化或应变硬化与强烈机械差异的微结构部件的相互约束密切相关。
当将高密度的多个纳米孪晶，即纳米孪晶束（NTB）嵌入到纳米晶（NG）基体中时，可以获得高强度，同时保持相当大的断裂韧性，NTBs是NG基体的理想增强和增韧组分。原则上，纳米挛晶可以有效地阻止位错运动。同时，它们保留了足够的位错积聚和储存空间，并抵抗微孔成核和破裂。
尽管通过引入NTBs在增强各种金属和合金方面取得了令人兴奋的成功，但由于有限的可用样品尺寸，有关TB取向对其增强效果的影响的研究仍然缺失。众所周知，纳米孪晶单元中长度尺度的异质性导致塑性变形中的三种不同的位错模式：位错在TBs上的堆积和滑移转移(硬模式I)， (ii)位错在孪晶/基体板层通道中的螺纹滑移(硬模式ii)，以及(iii)平行于TBs的部分位错运动介导的TB迁移(软模式，也称为iii模式)。这三种位错模式分别以垂直、平行和TBs呈45°倾斜的方式控制塑性变形，从而导致屈服强度和应变硬化方面都具有很强的各向异性。
除了各向异性强化外，还应考虑取向相关的变形协调，因为不同加载方向的NTBs变形行为明显不同，不可避免地存在不同的应变分配，目前仅研究了载荷方向几乎平行于TB的情况，在混合微观结构中与NTB相关的各向异性增强和变形相容性仍然难以捉摸。
在此，中科院金属所卢磊研究员团队研究了由NTBs和NG基体组成的异质纳米结构Cu的各向异性拉伸行为。在平行于TBs，垂直于TBs且相对于TBs倾斜45°的载荷方向上进行拉伸测试，研究了异质微观结构中局部应变的演化和应变分配。与同质纳米孪晶（NT）对应物中的各向异性增强作用不同，异质结构在平行拉伸下表现出最高的强度，在正常拉伸下表现出中等的强度。相关研究成果以题“Anisotropic strengthening of nanotwin bundles in heterogeneous nanostructured Cu: effect of deformation compatibility”发表在金属顶刊Acta Materialia上。
卢磊的二哥就是中国最为著名的材料科学专家，中国科学院院士，中国科学院金属研究所原所长，上海交通大学材料科学与工程学院院长，中国九三学社中央委员会副主席--卢柯。链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116830
图1 （a）拉伸试样的示意图及其在DPD圆盘中的方向。（b）投影在立方体上的SEM图像分别显示DPD盘的径向（RD），切向（TD）和轴向（AD）的微观结构。（c）DPD Cu的典型横截面微观结构，显示出纳米孪晶中的束的形式指示了与TB平行的方向（与下图中的方向相同）。（d）详细的TEM观察显示，在TB处累积了高位错密度的NT和相应的SAED模式。（e）细长纳米颗粒的亮场和相应区域的SAED图案。（f）TB迹线相对于水平方向的统计角度分布。（g）双层薄片的厚度分布，以及（h）横向和纵向纳米颗粒的尺寸分布。
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