氢作为一种清洁能源载体前景广阔，但其引发的氢脆问题严重威胁着高强度金属结构材料的服役安全。氢脆源于氢原子与材料内部缺陷的相互作用，会导致局部塑性丧失和脆性裂纹萌生与扩展。一般而言，材料强度越高，对氢脆越敏感。因此，如何在追求超高强度的同时，确保材料具备足够的氢脆抗性，是材料科学领域长期面临的严峻挑战。传统的析出强化虽能提高强度，但析出相界面往往成为氢致裂纹的敏感路径，存在氢捕获能力与抗裂纹扩展能力之间的固有矛盾。

2026年1月28日，韩国高丽大学与马普所等单位联合在材料领域国际期刊《Acta Materialia》上在线发表了题为“Reconciling ultrahigh strength and hydrogen embrittlement resistance via discontinuous L1₂ precipitation in a high-entropy alloy”的研究论文。团队提出了一种利用不连续L1₂析出的微结构设计策略，成功在一种CrFeCoNi基高熵合金中，同时实现了约1.73GPa的超高拉伸强度和优异的抗氢脆性能。该合金的氢脆抗性比同基体的单相面心立方参考合金高出约33%，从根本上打破了高强度与氢脆敏感性之间长期存在的传统权衡关系，为氢能基础设施等关键领域所需的高性能结构材料设计开辟了新道路。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2026.121972

【核心内容】

该研究团队独辟蹊径，利用了在传统观点中通常有害的不连续析出反应。他们设计了一种成分为Cr₁₈Fe₁₈Co₂₈Ni₂₈Al₄Ti₄的高熵合金（DP合金），并通过特定的直接时效工艺，在其内部构建了独特的“双功能”微观结构，该策略的核心在于，锯齿状晶界能强力偏转和阻碍氢致裂纹扩展，而L1₂纳米相本身则是高效的氢捕获陷阱，能显著抑制氢扩散，两者协同，突破了强度与氢脆抗性难以兼得的难题。

图形摘要

【研究成果】

① 构筑独特的“双功能”纳米结构

DP合金的微观结构由完全再结晶的面心立方（FCC）基体、平均直径约9.1 nm的L1₂析出相以及锯齿化的晶界共同构成，Ni、Al和Ti元素在纳米相中富集，形成(Cr,Fe,Co,Ni)3(Al,Ti)型有序L1₂相，并与基体界面共格，晶格错配度仅0.74%，作为对比的单相FCC参考合金（Ref合金）则呈现规则的等轴晶和平直晶界。

DP合金的微观结构表征

Ref合金的微观结构表征

② 实现强度与氢脆抗性的双重飞跃

未充氢时，DP合金的屈服强度和抗拉强度分别高达~1570 MPa和~1730 MPa，远超Ref合金（~675 MPa和~960 MPa），为了排除氢扩散差异的干扰，研究采用临界氢浓度（Hcritical）来评估材料本征的抗氢致开裂能力，分析表明，尽管氢在DP合金中渗透更浅（脆化区深度15.2μm vs. Ref合金的19.7μm），但其引发开裂所需的临界氢浓度高达64.8wppm，比Ref合金（42.1wppm）高出约1.5倍，证明其耐受氢损伤的能力更强。

氢脆（HE）抗性与氢分布行为

③ 揭示多尺度裂纹偏转的强韧化机制

Ref合金的氢致裂纹沿平直晶界迅速扩展，形成光滑的冰糖状断口，而在DP合金中，纳米尺度的锯齿状晶界，迫使裂纹路径变得极度曲折，发生了剧烈的偏转，这种偏转导致裂纹面局部接触碰撞（图6c红圈），产生摩擦和闭合效应，消耗了大量能量，从而提升了裂纹扩展阻力，相比之下，具有球形L1₂析出相但无锯齿晶界的CP合金，其氢脆敏感性介于两者之间，直接证明了锯齿晶界引发的裂纹偏转是提升抗氢脆性能的关键因素。

氢辅助裂纹扩展行为

CP合金的微观结构与氢脆（HE）行为

④ 原子尺度直接观测与理论计算阐明氢捕获机理

充入的氘原子并非分布在界面，而是高度富集于L1₂纳米相内部，浓度可达~4 at.%，直接证实了L1₂相自身强有力的氢捕获能力。在A3B型L1₂有序晶体中，存在两种八面体间隙位：由6个过渡金属（A位）包围的O1位，和由4个A位原子+2个Al/Ti（B位）原子包围的O₂位，L1₂有序结构导致的晶格膨胀增大了O1位点的间隙体积，使其成为热力学上更稳定的氢“容身之所”，计算发现，O1位点具有平均-0.22 eV的氢溶解能，远低于FCC基体中平均0.03 eV的位点，这种由有序结构本身带来的强氢捕获能力，是抑制氢扩散的关键。

通过低温APT直接观察氢（氘）分布

氢溶解能的DFT计算结果

按最近邻原子（Al， Ti）分类的氢溶解能直方图

【总结与展望】

这项研究将“不连续析出”和“共格界面”这两类常被视为不利的特征，转化为助力，协同作用下实现高强度和高氢脆抗力的协同，更重要的是这一理念不仅适用于高熵合金，更有望推广至镍基高温合金、超高强度钢等其他析出强化体系。