鎳基高溫合金具有優(yōu)良的高溫強度和氧化腐蝕抗力，是制造航空發(fā)動機和燃氣輪機等高溫高壓部件的關鍵結(jié)構(gòu)材料，也是核電、深海等領域廣泛應用的結(jié)構(gòu)材料。在這些苛刻的工況下服役時，晶界被視為鎳基高溫合金的“阿喀琉斯之踵”，沿晶界斷裂是多晶鎳基高溫合金失效的最主要原因之一。

鎳基高溫合金由于低的層錯能，合金中高達50%的晶界是退火過程中形成的孿晶界。相對于普通晶界，共格孿晶界具有較低的界面能和較高的裂紋萌生擴展抗力，因此一般認為在工程合金中引入更多的孿晶界可以顯著提升合金的服役壽命，然而近年來一些研究發(fā)現(xiàn)，多晶鎳基高溫合金中孿晶界更易于誘發(fā)裂紋萌生和擴展（Nat.Commun. 6:6164, 2015; Acta Mater. 103,461-473, 2016）。由于鎳基高溫合金成分和組織的復雜性，孿晶界的負面效應的內(nèi)在機制尚不明確，導致很難通過調(diào)控合金的組織成分來降低或避免孿晶界的負面效應，制約了合金在安全系數(shù)要求極高的航空等領域的應用。

近日，上海科技大學智造系統(tǒng)工程中心張振波課題組近期與國際合作者通過多尺度結(jié)構(gòu)和力學表征并結(jié)合第一性原理計算，首次從原子尺度揭示了該反常現(xiàn)象的物理機制，對于調(diào)控多晶鎳基高溫合金的性能具有重要意義。相關成果以題為”Strain localisation and failure at twin-boundary complexions in nickel-based superalloys”發(fā)表于國際著名期刊NatureCommunications。