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    我国学者在高熵合金强韧化研究领域取得新进展

    日期 2018-11-28   来源:工程与材料科学部   作者:郑雁军 邓意达  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(项目编号:51671018、51871016、51531001、51671021、11790293)等资助下,北京科技大学吕昭平教授研究团队提出利用有序间隙原子复合体设计高强度高塑性金属材料的新思路。研究成果以“Enhanced Strength and Ductility in a High-entropy Alloy via Ordered Oxygen Complexes”(通过有序氧复合体结构提高高熵合金强度和延展性)为题,于2018年11月14日在Nature(《自然》)上在线发表。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-018-0685-y。

      金属结构材料长期以来在航空航天、交通运输、国防装备等国民经济领域发挥着重要作用,在服役过程中的材料断裂失效也一直是人们关注的重要问题。之前的报道认为材料断裂的主要原因是在材料制备加工过程中不可避免的引入杂质,尤其是无处不在的氧。一方面,过量的氧掺杂会形成脆性的氧化物陶瓷相,导致金属材料的脆性断裂。另一方面,氧在合金中还以间隙原子的形式存在,间隙原子虽然可以显著提高合金强度,同时也大幅度降低材料的塑性和韧性。原因在于间隙原子容易偏聚在晶界、裂纹尖端、位错及其它内部应力源,并导致该区域基体的显著畸变及应力集中,最终导致灾难性的断裂。

      吕昭平教授研究团队以等原子比TiZrHfNb高熵合金为模型合金,添加适量的氧,发现间隙原子在高熵合金中存在另外一种尚未被人们所发现的存在状态,即有序间隙原子复合体,这是一种介于常规随机间隙原子和陶瓷相之间的新的间隙原子存在状态,能够显著提高合金强度和塑性。这一发现拓展了人们对金属材料中间隙原子作用的认知。研究还发现这一异常的间隙原子复合体强韧化效应并不只限作用于高熵合金,也适用于传统合金体系。同时间隙原子的种类也并不限于氧原子,在合适的合金体系或加工工艺下,其它间隙原子(如C、B、N等)也同样具有这种强韧化效果。该研究结果为重新认识间隙强化和有序强化并设计高强度高韧性金属材料提供了新思路。




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