近日，兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室轻金属研究团队在金属基复合材料领域取得重要研究进展，以题“Strong and ductile heterostructured aluminum matrix composites with multiscale and dual-structured reinforcing particulates”发表在国际复合材料顶刊《Composites Part B》（中科院1区TOP期刊，影响因子14.2），兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室为第一完成单位，张学拯副教授为第一兼通讯作者，陈体军教授和沈阳金属研究所肖伯律研究员为该论文合作作者。

铝基复合材料因其高比强度、优异耐磨性和良好热稳定性，在航空航天、汽车与国防等领域具有广泛应用前景。然而，传统复合材料在强化过程中常伴随韧性显著下降，形成“强度-塑性权衡”瓶颈，制约其发展与应用。本研究创新性地提出一种“预混合→再混合→致密化→半固态加工”（PRCS）策略，成功制备出具有异质结构的铝基复合材料。该材料由硬区（含层片状细晶，约420 nm）与软区（含粗晶，约3.12 μm）构成，并在硬区中引入多尺度（纳米至微米） 与双结构（实心与芯壳） 增强颗粒。通过优化异质区间距与增强体分布，复合材料在拉伸过程中产生显著的异质变形诱导应力（HDI应力，约255 MPa），成为主导强化机制。

实验结果表明，优化后的异质结构复合材料表现出优异的强度-塑性协同效应：极限抗拉强度达 603 MPa，断裂伸长率达 10.9%，较基体合金分别提升59.9%和31.3%，综合力学性能优于多数已报道的纳米陶瓷、碳基或高熵合金增强铝基复合材料。研究进一步揭示，纳米（Al,Si)₃Ti颗粒因界面应变失配优先发射位错，促进应变分配与背应力硬化；微米级核壳结构（Ti-(Al,Si)₃Ti）颗粒则通过韧性Ti核心抑制微裂纹扩展，软区通过塑性变形进一步耗散能量，共同实现材料的强韧化提升。该研究提出了一种创新的微观结构设计思路，为高性能金属基复合材料的设计提供借鉴。

该项工作得到了甘肃省科技重大专项（No.22ZD6GA008）、甘肃省青年科技基金（21JR7RA257）和兰州理工大学红柳优秀人才培养计划等项目资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.113358。（图/文：张学拯，审核：张飞龙）