第一作者：T. Yang
通訊作者：C. T. Liu
通訊單位：香港城市大學
研究亮點：
1. 設計了一種多元間金屬構(gòu)造的高塑性納米顆粒。
2. 構(gòu)建了一種強度和塑性兼得的超級高熵合金。
高熵合金（High-entropy alloys）簡稱HEA，是由五種或五種以上等量或大約等量金屬形成的合金。由于高熵合金可能具有許多理想的性質(zhì)，因此在材料科學及工程上備受重視，廣泛研究。自古以來，金屬材料強度與塑性難以兼得。在保證塑性的前提下，提高金屬合金的強度并非易事！然而，科學家就是喜歡攻堅克難，一次又一次地打破了這一魔咒。高熵合金，就是其中的先鋒代表。
譬如，北京科技大學呂昭平教授團隊上周剛剛在Nature發(fā)表文章，他們以等原子比TiZrHfNb高熵合金為模型合金，添加適量的氧，發(fā)現(xiàn)間隙原子在合金中存在另外一種尚未被人們所發(fā)現(xiàn)的新的存在狀態(tài)——有序間隙原子復合體（ordered interstitial complexes），這是一種介于常規(guī)隨機間隙原子和陶瓷相之間的新的間隙原子存在狀態(tài)，這一有序間隙原子復合體結(jié)構(gòu)能夠顯著提高合金的強度和塑性。
有鑒于此，香港城市大學C. T. Liu團隊設計了一種高塑性的多元間金屬納米顆粒，并基于此實現(xiàn)了兼具強度與塑性的超級高熵合金：混有Al-Ti納米顆粒的Fe-Ni-Co多元合金。
圖1. 組成設計與微結(jié)構(gòu)表征
研究人員將以塑性無序多組分基體FCC型Fe-Co-Ni和塑性有序的多組分間金屬納米顆粒Al-Ti進行納米復合，實現(xiàn)了強度與塑性的平衡。基于這一原理，研究團隊設計了一系列超級合金，包括(FeCoNi)86-Al7Ti7 (Al7Ti7) and(FeCoNi)86-Al8Ti6 (Al8Ti6)。
研究表明，超級合金的關(guān)鍵在于組成調(diào)控，F(xiàn)e-Ni-Co與Al-Ti納米顆粒可以發(fā)生反應，從而實現(xiàn)高熵合金的強度和塑性的同時增強，有效地避免了環(huán)境脆裂。室溫下強度最高可達1.5 GPa，塑性可達到50%受拉。經(jīng)過冷加工硬化行為，有效地避免了高強度金屬的塑性不穩(wěn)定行為。
總之，這項研究為高強度和高塑性的高熵合金的設計和發(fā)展，提供了新策略和新思路。
圖2. MCINP空間組成和多元特性
圖3. MCINPS在常溫下的高強度和高塑性
圖4. MCINPS在室溫下的冷加工硬化行為變形微觀機理
參考文獻：
T. Yang, C. T. Liu et al. Multicomponentintermetallic nanoparticles and superb mechanical behaviors of complex alloys.Science 2018, 362, 933-937.
http://science.sciencemag.org/content/362/6417/933
