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1.文章导读

异种金属连接过程中，界面反应往往伴随脆性金属间化合物（IMCs）的形成，极易引发应力集中和裂纹萌生。因此，如何在保证高界面强度的同时提升界面变形能力，是异种材料连接领域长期面临的重要挑战。针对这一问题，中国科学院金属研究所李殿中院士、孙明月研究员团队提出了界面金属间化合物纳米化的新策略，通过调控金属间化合物的尺度和微观结构，激活其在纳米尺度下的多种变形机制，从而改善传统脆性金属间化合物变形能力不足的问题。研究团队在马氏体时效钢/高熵合金异质体系中构筑了纳米尺度界面反应层，实现了超过1 GPa的界面强度与良好变形能力的协同提升。相关成果以“Controlled nanoscale intermetallic layer engineering enables ultrahigh interfacial strength−ductility synergy in maraging steel/Nb/high-entropy alloy composites”为题，发表于SCI期刊《极端制造（英文）》期刊上。

图 1. 异质界面纳米化提升强塑性的机制示意图。

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2. 图文解析（创新研究/研究亮点）

本研究的创新之处在于，基于界面反应热力学设计引入Nb金属中间层，并结合秒级快速热压连接，实现界面反应产物的纳米尺度精准调控。在18Ni350马氏体时效钢/Nb界面，研究团队原位构筑了连续、均匀的C14型Fe₂Nb纳米晶反应层，其厚度约为70–80 nm，平均晶粒尺寸仅为20.8 nm（图2、图3）。与此同时，Nb/高熵合金界面构建了纳米尺度元素互扩散区，从而实现了两侧异质界面结构的协同调控。

图 2. 快速热压连接工艺示意图。

图 3. 界面纳米尺度的Fe₂Nb反应层微观组织。

与传统粗大、脆性金属间化合物不同，纳米晶Fe₂Nb界面反应层表现出显著增强的变形协调能力。多尺度表征揭示，纳米晶Fe₂Nb层可通过晶粒旋转、层错变形及相变诱导塑性等机制协调变形，实现应力松弛、均匀变形和裂纹钝化（图4），使18Ni350/Nb界面拉伸强度达到约1042 MPa（图5）。

图 4. 纳米结构反应层晶粒旋转、层错变形、形变诱导相变机制。

图 5. 马氏体时效钢/高熵合金复合材料拉伸性能。

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3. 总结与展望

研究表明，界面金属间化合物并非只能通过抑制或消除来避免界面脆化。通过精准调控其尺寸、晶粒结构及变形机制，传统脆性金属间化合物也可以转变为兼具高承载能力和变形协调能力的功能性界面层。这一研究从传统的“抑制金属间化合物形成”进一步拓展到“主动设计和利用金属间化合物”，为解决异种金属连接中的界面强度—塑性矛盾提供了新的材料设计思路，也为高性能异质金属复合材料及复杂金属结构的界面调控与性能提升提供了研究基础。