北科大呂昭平再發Nature:同時提高合金強度和延展性

【引言】

作為地球上最豐富的元素之一，無處不在的氧常常會在合金等金屬材料中形成間隙雜質或者陶瓷相。研究顯示，這一氧摻雜行為雖然可以顯著提高合金強度，但同時也會帶來延展性的大幅下降。因此在材料加工過程中需要極力避免氧摻雜的發生。盡管如此，氧元素依然以多樣的存在形式影響著金屬材料的力學性能。

【成果簡介】

北京科技大學的呂昭平教授（通訊作者）團隊報道了在合金中發現了一種新型的氧存在形式。該團隊以TiZrHfNb高熵合金（HEAs）作為模型材料，對其進行有限的氧摻雜，發現氧形成了一種新型的有序氧復合物。該復合物的狀態介于氧化物顆粒和常規隨機間質之間。常規間質只對增強合金強度有所貢獻，然而這一新型復合物不僅可以顯著提高強度，還能同時保證材料的延展性。進一步力學測試顯示，相較于未摻雜氧的合金，存在新型有序氧復合物的TiZrHfNb高熵合金的拉伸強度提高了48.5%左右，同時延展性也大幅增強了95.2%。這一結果打破了金屬材料的強度和延展性性能不可同時得到提高的定律，為高強度-高延展性金屬材料的設計提供了新的思路。2018年11月14日，相關成果以題為“Enhanced strength and ductility in a high-entropy alloy via ordered oxygen complexes”的文章在線發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖1 TiZrHfNb合金及其分別進行氧摻雜和氮摻雜后的力學性能

圖2 合金的微觀結構

圖3 合金變形機理分析

圖4 有序氧復合物對材料性能影響的機制探討

文獻鏈接：Enhanced strength and ductility in a high-entropy alloy via ordered oxygen complexes（Nature, 2018, DOI: 10.1038/s41586-018-0685-y）

本文由材料人學術組NanoCJ供稿，材料牛編輯整理。

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