层状金属通常表现出强度与塑性的同步提高，其原因在于层状组元具有不同的微观结构和力学性能，界面处变形不协调，形成界面应变梯度，产生界面几何必需位错，从而导致额外的应变硬化能力。然而，以下问题仍有待进一步澄清：首先，大多数研究采用不同样品和不相关技术分别表征应变梯度和几何必需位错密度，这意味着应变梯度与几何必需位错密度之间的关系并不能通过实验完全解决，仍然局限于理论建模。其次，微裂纹的形核和扩展过程决定了金属的延展性，但在不同层结构参数的多层金属中，微裂纹在何处成核以及如何扩展，目前仍不清楚。此外，微裂纹成核扩展与应变局部化之间的关系也鲜有报道。

针对上述问题，范国华教授团队选择不同层厚细晶层和粗晶层交替组成的层状铝样品为研究对象，通过层厚设计调整局部应变，并通过原位电子背散射衍射和高分辨数字图像关联技术，同时监测局部应变和几何必需位错，利用同步辐射X射线断层扫描技术分析微裂纹的分布情况。结果显示，随着层厚度减小，界面应变梯度迅速升高，应变局部化带被有效分散，这导致了以下两种典型的转变：即从与晶界相关的塑性变形模式转变为与层界面相关的塑性变形模式，以及从宏观剪切转变为“之”字形断裂模式。根据上述结果，建立了层厚、局部应变、几何必需位错密度、微裂纹之间的关联模型。

这一重要研究成果以题“Effects of local strain on the plastic deformation and fracture mechanism of heterogeneous multilayered aluminum”发表在金属材料期刊International Journal of Plasticity上，夏夷平博士后为第一作者，范国华教授和吴昊教授为共同通讯作者，南京工业大学为论文的第一作者单位和唯一通讯单位，该工作受到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省研究生科研创新计划、上海同步辐射光源BL13HB线站的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2024.104078

图1 层状铝几何必需位错密度与局部应变之间的关系

图2 层状铝塑性变形与断裂示意图