“三高”新型金属间化合物材料问世

仙仙

近日，香港城市大学博士后杨涛、赵怡潞等在中国工程院外籍院士刘锦川指导下，基于“晶界纳米无序化”的设计思路，开发出一种高强度、高塑性、高热稳定性的新型金属间化合物材料，相关研究在《科学》上发表。这种新型的合金设计策略有望创造更加优异的综合性能，在航空航天、汽车、核能、化学工程等领域得到广泛应用。


随着人类奔月探火，对高强度、高韧性、耐高温材料的需求也越来越迫切。过去几十年里开发的大多数金属间化合物以二元合金系为主，其在室温下往往表现出非常突出的强度和塑性矛盾。设计出一种兼具高强度、高塑性、高热稳定性的新型金属间化合物合金，成为目前合金设计的严峻挑战。


“我们通过在多组元金属间化合物体系中引入独特的‘晶界纳米无序层’，形成晶内有序而晶界无序的复合结构，获得了高强度、高韧性和高热稳定性的综合性能。”杨涛告诉《中国科学报》。


研究人员跳出传统的高温金属间化合物合金的设计策略，专注于纳米级的界面无序，这为调整微观结构提供了一个全新方向。他们协同调节大块有序合金的结构和化学特征，从而实现卓越的机械性能和特殊的热稳定性。在电弧熔炼和热机械加工时，他们在合金中加入少量的硼，开发出由无序界面纳米层组成的“晶界纳米无序层”包裹有序超晶格晶粒的复合结构。这大大提高了材料的延展性，并有助于大幅降低高温条件下的晶粒粗化。


这种独特的“晶界纳米无序层”结构与理念有望应用于更多的合金体系，尤其是多组元金属间化合物合金系，为新型高强、高韧、耐高温的结构材料及合金的开发提供全新的设计思路。（中国科学报 科学新闻杂志记者张双虎）