氢能作为清洁、高能量密度的新型能源，是我国“十五五”规划重点布局产业，也是 2030 年构建新型能源体系、实现“双碳”目标的核心路径之一。然而氢脆长期制约金属材料在储氢、输氢、氢能装备中的规模化应用。近日，中国科学院金属研究所高性能均质合金国家工程研究中心张广平团队围绕 VCoNi 中熵合金开展攻关，揭示了局部化学起伏（LCF）抑制氢脆的微观机理，为新一代抗氢结构材料设计提供全新思路。 

研究背景 

随着工业发展，化石能源带来的污染与能源危机日益凸显，氢能成为重要替代能源。氢原子尺寸极小，极易渗入金属内部，造成材料塑性大幅下降、脆性开裂，也就是氢脆失效，直接威胁氢能储运设备、燃料电池、氢能压力容器的运行安全。多主元的高/中熵合金凭借优异综合力学性能，展现出良好抗氢脆潜力。其中 VCoNi 中熵合金兼具高强高韧特性，是氢能环境下极具前景的候选材料。但现有研究证实，在高氢浓度工况下，这类合金依然会发生氢脆。目前学界主流采用氢致脱聚（HEDE）、氢增强局部塑性（HELP）两大理论解释氢脆机制，普遍认为：延缓氢扩散、阻止氢在材料局部富集，是抑制氢脆的关键。同时，过往机理研究大多依靠断后静态表征，缺乏原位变形过程的直接证据。如何进一步提升中熵合金抗氢脆能力，是材料领域亟待突破的重点方向，也契合我国““十五五”先进基础材料攻关、氢能产业链自主可控的战略需求。 

研究方法

研究团队通过调控热处理工艺，制备出含有大量局部化学起伏（LCF）与无明显 LCF 的两种 VCoNi 中熵合金试样；采用慢速率拉伸试验对比两类合金充氢前后力学性能差异；结合断后微观表征+原位微观组织表征，观测拉伸变形全过程中位错滑移、应变演化行为，完整厘清 VCoNi 合金氢脆演化全过程，阐明 LCF提升抗氢脆性能的内在机理。

核心创新点 

1. 性能优势显著，塑性几乎无损 含有大量 LCF 区域的 VCoNi 合金充氢后塑性仅降低 0.29%；而无明显 LCF 的再结晶试样塑性降幅高达 12.14%（塑性由58.88%降至 51.73%），证明 LCF 可以实现抗氢脆性能大幅提升。

2. 原位实验探明氢脆本源 氢会显著增大合金内位错滑移迹线的平均间距，削弱晶粒内部位错存储能力，诱发晶界附近严重应变局部化，最终导致氢致失效，为 HELP 机制提供了直接证据.

3. 提出 LCF 抗氢脆新机制 材料内部的局部化学起伏区域可以高效捕获氢原子，阻碍氢随位错运动而迁移，阻止其在应力集中区域大量聚集，从而有效抑制应变局部化，从微观源头上缓解氢脆。该机制揭示了亚纳米尺度 LCF 在抗氢脆中的关键作用，为合金成分、微观组织设计开辟新方向。

应用前景与战略价值

面向“十五五”氢能产业规模化建设、2030 年新型能源体系建设目标，储氢容器、输氢管道、燃料电池核心结构件对高强抗氢金属材料存在迫切国产化需求。本研究揭示的局部化学起伏调控策略，无需引入额外第二相析出，依靠调控合金微观化学分布即可改善抗氢脆性能，适配中熵/高熵合金体系优化设计，可应用于氢能储运装备、航空航天、深海极端服役构件。后续基于该机理，科研人员可开发兼顾高强韧、长寿命、低成本的新一代抗氢合金材料，补齐氢能装备关键材料短板，助力氢能产业链安全自主可控，培育新材料领域新质生产力。上述研究结果以“Tailoring local chemical fluctuation for enhanced hydrogen embrittlement resistance in VCoNi medium entropy alloy”为题，近期发表在 Mater. Sci. Eng. A 上。论文第一作者为刘国栋博士，通讯作者为张广平研究员。本工作得到中国科学院战略性先导科技专项等项目的资助。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.msea.2026.150966