导读：尽管异界强化已知能增强材料强度，但其准确量化仍是一个持续的挑战。本研究中，我们独立定制了异质边界密度，并建立了异构铜异质边界密度与屈服强度之间的直接定量关系。该方法使异质边界强化得以可靠量化，揭示了异质边界密度与屈服强度之间的正线性相关，斜率约为2018 MPa·μm，代表了异质边界的强化效能。进一步分析显示，异界强化可能占总屈服强度的40%至56%。值得注意的是，当结构域/晶粒尺寸达到数十微米时，异质边界的强化效应比传统晶界强化一个数量级。本研究为揭示异质边界强化提供了定量框架，并强调了其在异构材料中的主导作用。

现代工业的持续进步带来了对具有优越机械性能的金属材料日益增长的需求。在过去几十年里，为了满足这一需求，开发了多种强化效应，包括固溶强化、位错强化、晶界强化和降水强化。对此类强化效应的理解和评估，显著推动了金属材料机械能的提升和基础理解 。例如，引入晶界在阻碍位错运动方面被证明特别有效，从而增强材料强度。晶界强化通过著名的霍尔-佩奇关系定量描述，成为理解金属机械性能的基础框架。

最近，一种名为异质边界（HB）强化的新型强化效应，在由硬域和软域组成的异质结构（HS）材料中发现，因其实现强度-延展性协同而受到关注 。一个代表性例子是异构Ti，由超细结构（UFS）结构域和静态再结晶（SRX）结构域组成，既具有UFS Ti的高强度，又具有粗粒Ti的延展性。其优越的机械性能归功于硬域和软域之间的反核。这些HBs能够容纳异质域之间的应变不兼容，导致应变梯度和几何必要位错（GND）的累积。GND可以影响HB附近的应力场，增强局部应力，有效强化材料。这种类型的氢氧化物强化已在多种金属系统中成功验证。

此前对HB强化的评估主要依赖间接方法，特别是载荷-卸载-再装载（LUR）测试来测量异质变形诱导（HDI）应力。该方法假设HB强化大致等同于GND引起的HDI应力。评估的HDI值通常占异构材料屈服强度的60∼70%，暗示氢能增强对抗压的贡献占主导。然而，新兴证据对该评估的准确性提出了质疑。值得注意的是，研究表明HDI应力与屈服强度的比值始终较高，且对氢盐密度不敏感。例如，在层压HS材料中，即使在低密度的氢碳密度下，该比值可达到高达60%，且随着高压密度的进一步增加，变化极小，否则整体屈服强度会显著增强。

这些观察对基于HDI应力的HB强化评估方法的准确性和可靠性提出了质疑。不准确的一个原因是测得的HDI应力包含了由于与HBs无关的一般微观结构不均匀性产生的多余组分，从而导致屈服强度比较高。在均质材料中也测量到了相当大的HDI应力，在不存在异质边界的材料中。更根本的原因是，基于HDI的应力方法实际上并未测量HB对HS材料屈服强度的增强效应，而是仅基于HB强化等于HDI应力的先行假设，考虑HDI应力。

这些案例凸显了我们理解中的一个关键空白：异质边界的内在强化效应尚不明确，而基于HDI压力的传统方法未能直接揭示HB的强化效应。更严谨的方法是建立HB结构特征（如HB密度）与整体屈服强度之间的直接定量相关，类似于Hall-Petcch关系，而不依赖理论假设。这种方法为量化 HB 强化提供了明确的前进路径，但仍面临相当大的挑战。主要挑战还在于异构材料的整体屈服强度受多种相互依赖因素影响，包括晶体学结构、黑晶错位、体积分数、屈服强度，以及异质域的应变硬化能力。传统材料制造方法面临重大挑战，因为在HS样品中定制HB结构特征不可避免地改变其他微观结构因素或引入新的缺陷，从而对强度产生复杂影响。因此，以往研究仅限于报告定性或半定量趋势，例如常见的HBs增加总体增强力量。显然，关于HB内在强化效应的清晰定量理解尚未建立。

遵循我们已建立的动态塑性变形（DPD）及后续退火调节HB密度的新方法，本研究成功地在异构铜中广泛范围内调整HB密度，并观察到对屈服强度产生相应显著影响。系统性的微观结构和力学分析将氢盐密度对强度的影响与其他因素耦合。通过直接关联HB密度与屈服强度，我们建立了一个新颖且可靠的研究框架，能够定量揭示HBs的内在强化效能。此外，我们比较了HBs与传统晶界的增强效应，阐明了HB强化的优越效果和独特机制。

  该研究以 Revealing the hetero-boundary strengthening of heterostructured copper发表在 Acta Materialia 

图 2 HS-38（a1-a2）、HS-24（b1-b2）和HS-20（c1-c2）样品中UFS域的明场透射电子显微成像（a1-c1）及对应的{110}极点图（a2-c2）

图 6 HS-38、HS-24和HS-20样品中UFS和SRX区域的微硬度测量：（a）拉伸前，（b）拉向颈缩后。

本研究定量揭示了异构铜中异质边界的固有强化效应。通过制备一系列不同密度的 HB 样品（约 4.1–10.9 × 10⁻² 微米）-1在保持组成区域及HB构型的微观结构和机械性质一致的同时，我们分离出HB密度对屈服强度的影响。HB密度与屈服强度之间存在强线性相关，增强效能约为2018兆帕微米。氢氧化物强化贡献占总屈服强度的40–56%，凸显了其在异构铜强化中的主要作用。与传统边界相比，氢氧化氢强化在微米尺度上表现出近一个数量级的强化效应。这些发现为HB强化的定量评估提供了坚实的框架，并为高性能异构材料的微观结构设计提供了指导。