第一作者：Zhifeng Lei, Xiongjun Liu, Yuan Wu
通訊作者：呂昭平
通訊單位：北京科技大學(xué)
研究亮點(diǎn)：
1. 發(fā)展了一種兼具高強(qiáng)度與高延展性的高熵合金材料
2. 揭示了金屬材料的新型增強(qiáng)機(jī)理。
鋼鐵材料對于現(xiàn)代社會(huì)的意義，就如同骨骼對于人類的身體，是支撐起國民經(jīng)濟(jì)的脊梁，在航空航天、新能源、先進(jìn)裝備制造、國防安全和高速列車等先進(jìn)交通運(yùn)輸行業(yè)，具有重要應(yīng)用。
在金屬材料中，由于氧氣的存在，往往容易形成間隙雜質(zhì)或者陶瓷相。這些氧化物雖然增加了金屬材料的強(qiáng)度，但是使得金屬變得易脆。
如何解決金屬材料中的強(qiáng)度-延展性矛盾，是金屬材料研究的重要議題。
有鑒于此，北京科技大學(xué)呂昭平教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了高熵合金中存在的有序氧結(jié)構(gòu)可以同時(shí)增強(qiáng)強(qiáng)度和延展性。
圖1. 力學(xué)性能
研究人員以TiZrHfNb高熵合金作為研究模型，摻入2.0%（原子量）氧之后，強(qiáng)度提高了48.5±1.8%，延展性提高了95.2±8.1%，破解了長期以來強(qiáng)度與延展性不能兼得的魔咒。
研究表明，復(fù)合體以有序的納米尺度存在于高熵合金中，高熵合金間隙元素中存在的化學(xué)短程有序促進(jìn)了富(O, Zr, Ti)原子復(fù)合物的形成。有序的間隙化合物改變了錯(cuò)位剪切模式，從平面滑移變成波形滑移，并增強(qiáng)雙重橫向滑移。這種間隙化合物增強(qiáng)的機(jī)理尤其適用于Ti-，Zr-，Hf-類合金。
總之，這項(xiàng)研究為金屬材料的增強(qiáng)提供了全新的策略和更深入的機(jī)理探索。
圖2. 微觀結(jié)構(gòu)
圖3. 變形模式
圖4. 機(jī)理研究
參考文獻(xiàn)：
Zhifeng Lei, Xiongjun Liu, Yuan Wu, ZhaopingLu et al. Enhanced strength and ductility in a high-entropy alloy via orderedoxygen complexes. Nature 2018.
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0685-y
作者簡介：
呂昭平，1970年生，安徽桐城人，北京科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師， 北京科技大學(xué)大學(xué)副校長。2017年4月，呂昭平教授團(tuán)隊(duì)在Nature發(fā)文，通過創(chuàng)新合金設(shè)計(jì)理念，利用不同的強(qiáng)化機(jī)理，開發(fā)出一種高密度納米強(qiáng)化的超高強(qiáng)韌馬氏體時(shí)效鋼。該文曾入選2017年中國百篇最具影響國際學(xué)術(shù)論文。
北京科技大學(xué)新金屬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室簡介：
新金屬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是1989年經(jīng)國家計(jì)委和教育部審批立項(xiàng)、原冶金工業(yè)部批準(zhǔn)，依托于北京科技大學(xué)、1991年開始籌建；經(jīng)過四年邊建設(shè)、邊研究、邊開放，于1995年通過國家驗(yàn)收，開始正式運(yùn)行；隨后分別于1998年、2003年、2008年、2013通過科技部組織的每五年一次的國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室評估。
金屬材料在人類社會(huì)發(fā)展史中有著不可替代的作用和地位，是高新技術(shù)發(fā)展必不可少的支柱和基礎(chǔ)。近年來，航空航天、先進(jìn)裝備制造、新能源、深海技術(shù)以及先進(jìn)交通運(yùn)輸?shù)汝P(guān)鍵領(lǐng)域的發(fā)展對新一代高性能鋼鐵材料、高溫結(jié)構(gòu)材料、先進(jìn)金屬功能和結(jié)構(gòu)材料以及先進(jìn)金屬材料設(shè)計(jì)、制備加工和服役評價(jià)提出了迫切需求。為此，實(shí)驗(yàn)室確立自身定位為：立足于金屬材料發(fā)展的國際前沿、國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)對金屬材料的重大需求，開展以新金屬材料研發(fā)和傳統(tǒng)材料升級換代為目的的基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，提供全面系統(tǒng)的規(guī)律性認(rèn)識和新材料及其相關(guān)技術(shù)的原型，推動(dòng)研究成果轉(zhuǎn)化，促進(jìn)工程化應(yīng)用。在研究方法上，著眼于材料科學(xué)與工程四要素關(guān)系的核心問題，從科學(xué)規(guī)律、制備技術(shù)、計(jì)算模擬與設(shè)計(jì)、服役評價(jià)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)五大方面開展全面研究。研究方向跨越材料科學(xué)與工程一級學(xué)科，具體包括：新金屬結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究、新金屬功能材料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究、新金屬能源材料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究、材料制備新技術(shù)和新工藝的應(yīng)用基礎(chǔ)研究、金屬材料的計(jì)算機(jī)模擬與輔助設(shè)計(jì)等。
