近日，我校蒋建中教授团队联合大湾区大学、中国科学院金属研究所在国际权威期刊《Acta Materialia》上发表TiZrNbTaV多主元合金最新研究成果。该研究首次系统揭示了Zr在晶界、位错及点缺陷三类缺陷处的偏聚行为及其对Ta-V局域化学有序（LCO）的差异化调控机制。研究发现，Zr偏聚虽具有缺陷普遍性，但对LCO的影响呈非对称性——晶界促进生成、位错调控分布、点缺陷增强团簇，且Zr富集与自身团簇化并非同步。该成果将缺陷化学与偏聚动力学定量关联，为通过缺陷工程实现BCC多主元合金强韧化开辟了新路径。
体心立方（BCC）结构多主元合金（MPEAs）在高温结构材料领域展现出巨大潜力，然而其实际工程应用仍受两大关键瓶颈制约：局域化学有序（LCO）形成机制不明确，以及晶体缺陷对LCO调控作用的定量理解匮乏。传统研究多聚焦于元素亲和力对LCO的驱动作用，却忽略了缺陷诱导的元素偏聚这一动态过程对原子尺度化学有序化的深刻影响。特别是对于轻质TiZrNbTaV系BCC MPEAs，虽然其优异的力学性能已被初步证实，但Zr元素在各类晶体缺陷处的偏聚行为如何影响LCO的形成，以及这种影响是否具有缺陷类型依赖性，迄今仍缺乏系统的理论认知与原子尺度验证。这些科学盲区阻碍了通过精准调控LCO来实现微观结构设计和高性能合金开发。
基于此，福耀科技大学新材料与新能源学院蒋建中教授与大湾区大学左小伟研究员、中国科学院金属研究所王皞研究员合作，系统揭示了BCC TiZrNbTaV多主元合金中Zr在晶界、位错及点缺陷三类晶体缺陷处的偏聚行为及其对C15型Ta-V LCO的差异化调控机制。
Zr偏聚的缺陷普遍性：原子尺度实验（STEM/EDS/APT）与混合蒙特卡洛/分子动力学（MC/MD）模拟高度一致地证实，无论在晶界、位错还是点缺陷处，Zr均表现出强烈的偏聚倾向，且偏聚程度随V含量增加而增强。Zr偏聚在晶界处形成约2 nm厚的富集层，而Ta-V LCO被排斥在缺陷核心之外，两者之间保持特征间距。这种空间分离的根源在于Ta-V之间的强亲和力与Zr-Ta/V之间的强排斥力的协同作用。
缺陷类型的差异化调控：进一步研究发现，缺陷类型对LCO的形成具有显著的差异化调控作用：低指数晶界可促进Ta-V LCO在晶界附近形成；位错则主要调控LCO的空间分布而非增加其数量；点缺陷由于其高密度和均匀分布亦能增强Ta-V团簇的形成。通过置换能谱分析，建立了元素位点偏好的定量判据，即Zr的负净置换能差（ΔEdefect-bulk）驱动其向各类缺陷富集，而Ta和V的正值则解释了它们被排斥在缺陷核心之外的现象。
富集与团簇化的非对称性：值得注意的是，元素在缺陷处的富集并不必然伴随其自身团簇化程度的增强。Zr虽然偏聚于所有缺陷，但其自身团簇化在晶界处增强，却在位错和点缺陷处受到抑制，这一发现揭示了缺陷类型对元素空间分布与化学有序化的非对称调控。
本研究工作将缺陷化学、元素偏聚动力学与LCO形成及分布之间建立定量关联，为理解BCC MPEAs中“缺陷–化学–性能”之间的内在关联提供了系统的理论框架，也为通过缺陷工程调控LCO实现BCC MPEAs强韧化开辟了新路径。
相关研究成果发表在国际知名期刊《Acta Materialia》，online：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2026.122539。
