轻质高温钛铝单晶因其优异的抗氧化性和力学性能，被视为航空航天结构尤其是高温部件轻量化的理想选择，可替代密度是其两倍的镍基高温合金，用于制备航空发动机叶片、航天飞行器蒙皮、舵翼等关键耐高温部件。然而，钛铝单晶的微结构与其力学性能之间的关联规律尚不明晰，如何通过微结构设计提升塑性和疲劳抗力，是实现钛铝单晶在航空航天领域广泛应用的关键之一。

近日，南京航空航天大学易敏教授团队通过结合分子动力学模拟和介观力学模型，在钛铝单晶中引入了以往实验中观察到但并未引起足够重视的伪孪晶界，探究了其在塑性和疲劳性能方面起到的关键作用。研究发现，位错在伪孪晶边界处堆积并沿着界面运动，提供额外背应力的同时缓解了应力集中，从而提升了材料的流变应力。此外，当孪晶片层厚度减小时，含有伪孪晶界的钛铝单晶流变应力持续增加，呈现类Hall-Petch效应；而对于真孪晶的情况，则呈现类反Hall-Petch效应。在循环载荷下，伪孪晶界促进了钛铝单晶在塑性变形期间的应变非局部化，从而显著提高了其循环稳定性和抗疲劳性能。这些发现不仅首次揭示了伪孪晶界在钛铝单晶变形中的微观力学行为及其原子尺度机制，还为基于伪孪晶界设计高性能钛铝单晶提供了指导。

该研究以“Pseudo-twin boundary improves flow stress and cyclic stability of TiAl single crystal”为题，发表在力学领域一区Top旗舰期刊International Journal of Plasticity（影响因子9.4, https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2024.104021）。易敏教授为该论文通讯作者，博士研究生朱熠奇为该论文第一作者，合作者还包括郭万林院士。