合金最新Science: 兼具強度和延展性能的超晶格合金

【引言】

高強度合金，尤其是在極端條件下（如高溫）依然維持高強度性能的合金在許多重要的工業（包括航空航天）領域均扮演著關鍵的角色。為了提高合金強度，人們發明了具有有序超晶格結構的合金材料，然而這類材料的延展性能（ductility）較差，并且經常出現快速的晶粒粗化（grain coarsening），一直阻礙著高強度合金的進一步發展應用。

【成果簡介】

近期，香港城市大學的劉錦川（通訊作者）等人發表文章發現納米尺度的無序界面能夠有效解決高強度合金的低延展性和晶粒粗化問題。研究發現，當在鎳鈷鐵鋁鈦合金中摻雜少量硼元素后能夠顯著提高合金的強度。更重要的是，相鄰的微米級超晶格晶粒之間因為多元素共分離（multielement cosegregation）而形成了獨特的納米層，從而驅動界面無序化。這一納米層通過增強位錯的遷移來避免脆性顆粒間斷裂，賦予材料更優異的延展性能。檢測顯示，這一超晶格材料在室溫下具有高達1.6吉帕的強度以及25%的拉伸延展性。與此同時，在升溫的過程中該合金的晶粒粗化現象也極少出現。因此，研究認為設計新型納米層為優化合金性能提供了新的方法。2020年07月24日，相關成果以題為“Ultrahigh-strength and ductile superlattice alloys with nanoscale disordered interfaces”的文章在線發表在Science上。

【圖文導讀】

圖1 超晶格材料中的納米尺度無序化界面結構

圖2 納米尺度無序界面的三維組分分布和界面共分離

圖3 納米尺度無序界面的力學性能和熱穩定性

圖4 彈性形變機制和界面無序延展化

文獻鏈接：Ultrahigh-strength and ductile superlattice alloys with nanoscale disordered interfaces（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.abb6830）

本文由材料人學術組NanoCJ供稿。

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