超高强度金属体系一直是航空航天、交通运输和能源领域的关键结构材料。其中以板条马氏体为代表的超高强度合金体系，其强度主要来源于高密度的位错和细小的马氏体晶界，尤其是占总晶界比例高达50-70%的小角度晶界（SAGB）。然而，SAGBs在促进位错传输、容纳塑性应变的同时，也削弱了其阻碍位错运动的能力，这成为限制其强度进一步提升的根本瓶颈。以往通过引入纳米析出相或构建多级结构的努力，虽能将强度提升至接近2.5GPa，但往往以牺牲塑性为代价，且难以逾越这一“天花板”。
2026年1月30日，材料领域的重磅权威期刊《Nature Materials》上在线发表了一篇题为“A 3-GPa ductile martensitic alloy enabled by interface complexes and dislocations”的研究论文。该论文中，团队开发出一种近乎单相的马氏体合金(Fe49Co40Mo11)99.6B0.3C0.1，其拉伸屈服强度高达3.05GPa，同时断裂延伸率达到5.13%，成功突破了传统超高强度马氏体合金屈服强度难以超越2.5GPa的瓶颈，为下一代超强结构材料的设计开辟了新道路。通讯作者为湖南大学的石芸竹老师、雷智锋教授和北京科技大学的吕昭平院士。
文章链接：
https://doi.org/10.1038/s41563-026-02479-9
【核心内容】
团队设计了一种(Fe49Co40Mo11)99.6 B0.3C0.1中熵马氏体合金体系，铸锭在经固溶处理后，通过“冷轧+低温退火”的简单后处理工艺在合金中同时引入了高密度位错和界面复合物：
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ST：铸锭在1200℃下均匀化2h固溶处理的合金；
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CR：固溶后冷轧未退火的合金，冷轧厚度减薄约85%；
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CRA：固溶后，经过冷轧并经历450 ℃/20 min退火处理的合金。
冷轧过程产生高密度位错和小角度晶界，随后的低温退火则驱动Mo、C和B原子在这些小角度晶界上发生共偏聚，从而在CRA合金中形成一种“界面复合物”的稳定结构，这些界面复合物能够稳定小角度晶界，将其转变为阻碍位错运动的有效纳米屏障，同时又不显著损害位错穿过晶界的能力。
【研究成果】
① 突破性的力学性能
CRA合金的拉伸屈服强度高达3.05GPa，断裂延伸率达5.13%，打破了马氏体合金的强度纪录，并且CRA合金断口表现为大量韧窝，证实其延性断裂的特征，该性能水平与现有各类超高强度合金的性能对比具有显著优势，尤其是强度方面处于绝对的领先。
CR合金的元素分布
(Fe49Co40Mo11)99.6B0.3C0.1合金的力学性能
② 独特的微观结构特征
CRA合金为近单相马氏体组织，包含高体积分数（~71%）的SAGBs，并且在SAGBs上存在Mo、C和B元素的显著共偏聚，浓度约为晶内的两倍，这种偏聚形成了团队所定义的“界面复合体”，它并非传统析出相，而是在缺陷处形成的、由金属与间隙原子共同富集的稳定结构。
CRA合金的微观结构
③ 关键的变形行为解析
变形前，CRA合金的板条边界更尖锐，而在拉伸变形后，这些边界因位错在其附近积累而变得模糊。原位同步辐射实验表明，变形过程中无相变发生，塑性完全由马氏体基体承载，更重要的是，CRA合金在变形过程中展现了更强的位错存储能力，其位错密度随应变增加更快，后期甚至反超冷轧态合金。
CRA与CR合金的变形行为
④ 创新的强化机制
团队利用扩展的Kocks-Mecking模型分析发现，界面复合体稳定了SAGBs，使其成为更有效的位错钉扎点，导致CRA合金的平均位错段长度比CR合金短了38%，这种钉扎效应的增强，是强度大幅提升的关键，对强度贡献的定量分析进一步证实，界面复合体使SAGBs的强化贡献显著增加，其行为类似于大角度晶界，提供了约1.4GPa的额外强化。
界面复合体对强化的作用
CRA与CR合金屈服强度的计算与实验值对比
【总结与展望】
该研究通过一种简洁、可规模化生产的“冷轧-低温退火”工艺，在Fe-Co-Mo基中熵马氏体合金中成功引入了高密度位错与界面复合体，在极大提升强度（>3GPa）的同时，保留了足够的位错传输能力以维持塑性，这项工作不仅打破了对马氏体合金强度极限的传统认知，其提出的“界面复合体”工程策略也具有极大的普适性。
