图 具有极高氢结合能的Al₃Mg₂复杂金属相在Al₃Sc纳米颗粒上原位析出(a)，使得Sc微合金化Al-Mg合金在高达7 ppmw氢含量下氢致拉伸延伸率仅降低9%，远优于商业Al-Mg系合金以及实验对比合金材料(b)

　　在尊龙凯时联合基金集成项目(批准号: U23A6013)、面上项目(批准号: 52071260)等资助下，西安交通大学刘刚教授、孙军院士以及上海交通大学许元涛博士与德国马普可再生材料研究所B. Gault教授等合作，制备出一种具有超高抗氢脆能力的轻质可焊铝合金，在高达7 ppmw氢含量下氢致拉伸延伸率仅降低9%。相关研究成果以“基于结构复杂相工程化设计创制抗氢脆铝合金 （Structurally complex phase engineering enables hydrogen-tolerant Al alloys）”为题，于2025年5月8日发表于《自然》（Nature）杂志，论文链接：http://www.nature.com/articles/s41586-025-08879-2。

　　双碳战略下“氢能经济”是未来社会发展的重要推动力，其中氢的存储与运输对结构金属材料的服役性能提出了更高要求。铝合金是轻量化发展的首选金属材料，也是“氢能经济”的重要候选材料。但是铝合金与高强钢、钛合金等金属材料类似，表现出明显的“氢脆”敏感性，即在吸收氢原子后其变形能力下降、塑性降低，极易引起低应力脆断和无征兆失效。调控第二相颗粒被认为是提升铝合金抗氢脆能力的有效手段，其中高密度纳米级弥散分布以及晶体内部高氢结合能是两个必须同时满足的特性，但是对于铝合金中已知的第二相颗粒，这两个特性往往“互斥”地存在。因此，发现具有更高氢结合能的第二相颗粒、并实现其高密度纳米化设计是铝合金领域国内外学术界与工程界热切关注的焦点问题。

　　研究团队首次提出：采用复杂金属相（Complex metallic phase, CMP）纳米颗粒作为氢陷阱，能够有效捕获氢原子并均匀稳定在晶粒内，抑制其在晶界等界面上的偏聚。其中Samson相Al₃Mg₂作为最复杂的CMP之一，其1832个点阵位点仅被1168个Al或Mg原子占据，近40%位点为结构无序或结构空位，是天然优异的氢陷阱，第一性原理计算表明其氢结合能大于0.9 ev/atom，超越了铝合金中已报导的所有第二相颗粒。但是Samson-Al₃Mg₂相形核能垒高，一般在晶界等高能量位置上非均匀形核且粗化成微米尺度颗粒，很难在晶粒内形成高密度纳米化弥散分布。研究团队对此进行了微观组织的优化设计，在微量Sc添加的Al-Mg合金中，提出了两步热处理的双级析出制度：第一步热处理先在晶粒内预设高密度的Al₃Sc纳米颗粒；在第二步热处理中通过类模板效应诱导Al₃Mg在Al₃Sc/基体界面上原位析出 (图a)。这种复杂析出行为，使得Al-Mg-Sc合金与未添加Sc相比强度提高40%、抗氢脆能力提高近5倍，在高达约7 ppmw的氢含量下其拉伸延伸率降低幅度仅为9% (图b)，拉伸均匀延伸率大于10%，优于已报道的其他铝合金材料。这一微观组织设计策略在一定程度上克服了铝合金“强度越高，则氢脆敏感性越大”的困境，实现了强度与抗氢脆能力的同步提升，同时易于放大至规模化工业生产，将为新型抗氢脆高强铝合金的发展提供新的思路。