鋯合金具有極低的熱中子捕獲截面、優異的耐腐蝕性能和抗高溫蠕變特性，被廣泛應用于核反應堆，如壓力管和核燃料包殼等。核能向高燃耗和高安全性方向的發展，對核用鋯合金的力學性能、抗輻照性能、熱穩定性、抗蠕變和耐腐蝕能力提出了更高要求。近期研究表明，引入大量的界面能夠有效地阻礙位錯運動以提高材料強度，同時，界面作為輻照缺陷的陷阱能有效降低輻照損傷。界面材料還具有較好的熱穩定性等優點。如果能在鋯合金中引入大量界面，其性能將會得到全面提升。然而，現有方法制備的金屬層狀材料具有界面取向單一，力學性能各向異性，界面結合弱，塑性變形能力差等缺點。因此，發展制備大塊多級三維納米層狀鋯合金具有重要意義。
近日，西安交通大學材料學院微納中心韓衛忠教授課題組通過在相變前引入快速變形，增加相變形核位點密度，實現細化組織，成功制備了多級三維納米層狀雙相鋯合金。該合金組織包括數十微米的粗晶，粗晶中包含微米級的具有不同空間位向的局域平行片層結構，平行片層由大量納米尺度層狀的hcp鋯和bcc鋯構成。多級三維納米層狀雙相鋯合金具有高強度、高加工硬化率和高延伸率等特點。在變形過程中，位錯與大量的三維網狀相界面相互作用產生背應力，促進位錯由單一擇優滑移轉變為在多個滑移系統上的協調變形，從而在提高鋯合金強度的同時，改善均勻變形能力。
上述研究成果以《具有高強度、高加工硬化能力、高延展性的多級三維納米層狀雙相鋯合金》為題發表于著名學術期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters)。西安交通大學材料學院博士生張杰文為論文的第一作者，韓衛忠教授為論文的第一通訊作者，西安交通大學為論文的第一通訊作者單位。該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、國家外專局111計劃和西安交通大學青年拔尖人才計劃等的共同資助。