中熵合金由于其优异的结构稳定性和卓越的力学性能，在航空航天、核工业等领域具有广泛的应用前景。然而，传统的CrCoNi中熵合金尽管表现出较好的结构稳定性，但其相对较低的硬度和屈服强度一直是制约其更广泛工业应用的主要瓶颈。

北京理工大学先进结构技术研究院方岱宁院士课题组曲兆亮副教授等人基于激光冲击强化在中熵合金表面梯度微结构与力学性能关联研究方面取得了重要成果。该研究成果以“Investigating the correlation between mechanical properties and gradient microstructures in laser shock peened CrCoNi alloy”为题，发表于力学研究领域的国际顶级期刊《International Journal of Plasticity》（https://doi.org/10.1016/ j.ijplas.2025.104331）。

本研究利用激光冲击处理（Laser Shock Processing, LSP）技术，在CrCoNi中熵合金（Medium-Entropy Alloys, MEAs）内部引入梯度微结构（Gradient Microstructures, GS），以提升其力学性能。通过大量的微观结构表征，证实材料沿深度方向存在明显的纳米晶粒、位错以及形变孪晶的梯度分布。（图1）。

图1 激光冲击强化CrCoNi微观结构表征。（a）和（d）晶粒尺寸分布图，（b）和（e）KAM分布图，（c）和（f）孪晶分布图，（g）和（h）表面0至8 μm深度范围内4个区域的IPF和PF图。

通过对不同激光能量冲击下的不同深度处微结构参数进行定量测量，结果表明，在单次激光冲击处理作用下，材料表面区域以高密度的孪晶结构作为主要的强化机制。而当进行多次激光冲击处理（如10次）时，晶粒细化效应逐渐成为材料深处区域最重要的强化机制（图2）。

图2 不同深度处微观结构的定量表征：(a) 孪晶参数；(b) 孪晶体积分数；(c) 位错密度。

研究提出了微结构与材料性能之间的定量关联模型，利用纳米压痕与微柱压缩试验得到的显微硬度分布和力学性能表征结果，验证了该模型的准确性。研究表明，孪晶强化机制在材料表面发挥重要作用，而在较深区域则是晶粒细化和位错强化共同作用，显著提升材料的综合性能（图3）。

图3 不同深度下的硬度理论值与实验值对比：(a) 1次激光冲击处理（1-LSP），(b) 10次激光冲击处理（10-LSP）。

本项研究不仅提供了一种中熵合金表面生成梯度结构的有效调控方法，更为此类材料在极端服役环境下的工程应用奠定了坚实的理论基础，具有重要的工程应用和理论指导意义。