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“三高”新型金屬間化合物材料問世

時間:2020-07-28 11:23:44 來源:中國科學報

  近日,香港城市大學博士后楊濤、趙怡潞等在中國工程院外籍院士劉錦川指導下,基于“晶界納米無序化”的設計思路,開發出一種高強度、高塑性、高熱穩定性的新型金屬間化合物材料,相關研究在《科學》上發表。這種新型的合金設計策略有望創造更加優異的綜合性能,在航空航天、汽車、核能、化學工程等領域得到廣泛應用。


  隨著人類奔月探火,對高強度、高韌性、耐高溫材料的需求也越來越迫切。過去幾十年里開發的大多數金屬間化合物以二元合金系為主,其在室溫下往往表現出非常突出的強度和塑性矛盾。設計出一種兼具高強度、高塑性、高熱穩定性的新型金屬間化合物合金,成為目前合金設計的嚴峻挑戰。


  “我們通過在多組元金屬間化合物體系中引入獨特的‘晶界納米無序層’,形成晶內有序而晶界無序的復合結構,獲得了高強度、高韌性和高熱穩定性的綜合性能?!睏顫嬖V《中國科學報》。


  研究人員跳出傳統的高溫金屬間化合物合金的設計策略,專注于納米級的界面無序,這為調整微觀結構提供了一個全新方向。他們協同調節大塊有序合金的結構和化學特征,從而實現卓越的機械性能和特殊的熱穩定性。在電弧熔煉和熱機械加工時,他們在合金中加入少量的硼,開發出由無序界面納米層組成的“晶界納米無序層”包裹有序超晶格晶粒的復合結構。這大大提高了材料的延展性,并有助于大幅降低高溫條件下的晶粒粗化。


  這種獨特的“晶界納米無序層”結構與理念有望應用于更多的合金體系,尤其是多組元金屬間化合物合金系,為新型高強、高韌、耐高溫的結構材料及合金的開發提供全新的設計思路。


  相關論文信息:https://doi.org/10.1126/science.abb6830


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