鎳基高溫合金具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度和氧化腐蝕抗力，是制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)等高溫高壓部件的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料，也是核電、深海等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)材料。在這些苛刻的工況下服役時(shí)，晶界被視為鎳基高溫合金的“阿喀琉斯之踵”，沿晶界斷裂是多晶鎳基高溫合金失效的最主要原因之一。

鎳基高溫合金由于低的層錯(cuò)能，合金中高達(dá)50%的晶界是退火過程中形成的孿晶界。相對于普通晶界，共格孿晶界具有較低的界面能和較高的裂紋萌生擴(kuò)展抗力，因此一般認(rèn)為在工程合金中引入更多的孿晶界可以顯著提升合金的服役壽命，然而近年來一些研究發(fā)現(xiàn)，多晶鎳基高溫合金中孿晶界更易于誘發(fā)裂紋萌生和擴(kuò)展（Nat.Commun. 6:6164, 2015; Acta Mater. 103,461-473, 2016）。由于鎳基高溫合金成分和組織的復(fù)雜性，孿晶界的負(fù)面效應(yīng)的內(nèi)在機(jī)制尚不明確，導(dǎo)致很難通過調(diào)控合金的組織成分來降低或避免孿晶界的負(fù)面效應(yīng)，制約了合金在安全系數(shù)要求極高的航空等領(lǐng)域的應(yīng)用。

近日，上?？萍即髮W(xué)智造系統(tǒng)工程中心張振波課題組近期與國際合作者通過多尺度結(jié)構(gòu)和力學(xué)表征并結(jié)合第一性原理計(jì)算，首次從原子尺度揭示了該反?，F(xiàn)象的物理機(jī)制，對于調(diào)控多晶鎳基高溫合金的性能具有重要意義。相關(guān)成果以題為”Strain localisation and failure at twin-boundary complexions in nickel-based superalloys”發(fā)表于國際著名期刊NatureCommunications。