将高密度的纳米孪晶引入到异质结构中，可同时获得高的强度和优异的断裂韧性，其中纳米孪晶束作为理想的强化和韧化组分。基于此原理，利用动态塑性变形技术（DPD）在纳米晶或粗晶基体中引入纳米孪晶束，已成功实现了多种金属及合金的强韧化。

　　纳米孪晶作为一种典型的二维结构，已知其塑性变形机制与加载方向密切相关，即存在三种不同的塑性变形模式：Hard Mode I（垂直加载），Hard Mode II（平行加载）以及Soft Mode（45°加载）。然而关于纳米孪晶在混合结构中与取向相关的塑性变形及强/韧化行为仍然未知。

　　最近，中科院金属所沈阳材料科学国家研究中心卢磊研究员课题组利用高分辨的数字图像相关（DIC）方法研究了由纳米孪晶束和纳米晶基体组成的混合结构样品，在3个不同加载方向下（平行、垂直及45°方向）的变形行为。发现混合结构中两组分表现出与加载方向密切相关的变形协调性，即：平行加载时两组分协调变形，而在其余两方向下出现明显的变形不协调，进而导致纳米孪晶表现出与单组份状态完全不同的强化行为。只有当两组分发生共变形时，纳米孪晶束才能够表现出显著的强化效果。

　　这种与取向密切相关的变形协调性归因于纳米晶基体中的各向同性的剪切带与各向异性的孪晶变形之间的相互作用。这一发现扩展了我们对异质结构中变形协调性与宏观力学行为之间关系的进一步理解，同时也为新型异质结构材料的设计提供了思路。

　　该成果以 “Anisotropic strengthening of nanotwin bundles in heterogeneous nanostructured Cu: effect of deformation compatibility” 为题发表在《Acta Materialia》（2021年3月25日在线，https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116830）。

图1. (a) DPD Cu原始制备态微观结构，表现为梭形的纳米孪晶束镶嵌在纳米晶基体中。(b) 各取向试样的工程应力-应变曲线。(c-e) 各取向试样典型区域（包含纳米孪晶束和纳米晶基体）的全场应变分布图。(c) 平行加载时，两组分协调变形，塑性应变集中于横跨两组分的变形条带中；(d) 垂直加载时变形集中于纳米晶基体；(e) 而45°加载时变形集中于纳米孪晶束中。