【新闻中心讯】近日，燕山大学亚稳材料全国重点实验室彭秋明教授团队在高压纳米孪晶金属领域取得重要进展。研究提出了一种“三重互锁纳米孪晶”结构设计策略，成功克服了传统纳米孪晶材料强度各向异性和去孪晶软化的固有缺陷，实现了镁锂合金强度与抗老化性能的协同提升。相关成果以“Triple-interlocked-nanotwinned bulk magnesium alloys with exceptional strength and ageing resistance”为题，于2026年5月22日在《Nature Communications》在线发表。

纳米孪晶界作为一种特殊界面，既能通过缩短位错平均自由程提升强度，又能借助低能共格界面传递和储存位错以维持塑性，被视为打破强塑性倒置关系的理想途径。然而，传统纳米孪晶存在两大固有缺陷：垂直于孪晶界的方向强化效果显著，但平行方向因位错可沿界面滑移而导致强化各向异性；当孪晶厚度降至临界值以下时，更会引发去孪晶现象，使强度不升反降。这些瓶颈长期制约着纳米孪晶材料的进一步发展。

针对上述瓶颈，研究团队提出了“三重互锁纳米孪晶（TIT）”结构设计理念（见图）。通过在高压高温条件下触发镁锂（Mg-9Li）合金的BCC到HCP类马氏体相变，在基体中同时激活多种取向的纳米孪晶，使其在生长过程中相互交叉锁定，形成三维互锁网络。在Mg-9Li合金中，团队获得的互锁孪晶界面分数高达65.7%，屈服强度达到508.6 MPa，为目前已报道Mg-Li基合金的最高值。同时，该合金表现出优异的抗老化性能：经过730天自然时效，硬度仅下降6%，远优于其他Mg-Li基合金。TIT结构的核心在于三个方向的互锁孪晶界构成了封闭的三维阻碍网络，无论位错向哪个方向运动，都会受到有效阻挡。这不仅显著提高了强度，还分散了局部应力集中，延缓裂纹萌生，从而实现强度与塑性的协同提升。此外，三重互锁结构从几何上抑制了位错沿孪晶界的滑移和形核，从根本上避免了去孪晶现象，这也是抗老化性能远超传统合金的主要原因。

三重互锁纳米孪晶合金设计思路及高压Mg-9Li合金性能图

该TIT设计策略突破了传统孪晶工程的尺寸与性能限制，可通过现有工业装置制备大尺寸样品，具备规模化应用潜力。这一理念已成功拓展到Mg-Sc合金体系，初步验证了其普适性。凭借优异的力学性能、低密度和良好的生物相容性，TIT镁合金在轻量化承重部件、电池负极及可降解心血管支架等领域具有广阔应用前景，为下一代高性能金属材料的设计提供了新思路。

本研究获得教育部学科突破先导项目、国家自然科学基金、河北省自然科学基金等项目资助，该成果已申请中国、美国、日本和荷兰发明专利。燕山大学彭秋明教授、周路通博士和王金铭助理研究员为共同第一作者，彭秋明教授、邹国栋副教授、田永君院士以及重庆大学黄天林教授为共同通讯作者。（编辑 高慧渊）