北理工材料學(xué)院在《自然·通訊》發(fā)表超高強(qiáng)高熵合金研究成果
發(fā)布日期：2018-10-12 供稿：材料學(xué)院 薛云飛
編輯：邵澤 審核：馬壯 閱讀次數(shù)：
日前，北京理工大學(xué)材料學(xué)院王富恥、王魯教授團(tuán)隊(duì)，薛云飛課題組在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》上發(fā)表了題為《High-content ductile coherent nanoprecipitates achieve ultrastrong high-entropy alloys》的研究論文。該研究創(chuàng)新了高熵合金設(shè)計(jì)理念，利用不同強(qiáng)化機(jī)理，開發(fā)出了超強(qiáng)高熵合金。
現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭具有空間廣闊、高速度、全天候、全時(shí)域、強(qiáng)毀傷等特點(diǎn)，先進(jìn)武器裝備對材料性能提出了更高的要求，開發(fā)超高強(qiáng)韌的新型合金是增強(qiáng)武器裝備毀傷與防護(hù)能力、實(shí)現(xiàn)武器裝備輕型化設(shè)計(jì)、提高運(yùn)載平臺靈活性、提升惡劣環(huán)境可靠性的關(guān)鍵途徑之一。高熵合金是近年來金屬材料領(lǐng)域的重大發(fā)現(xiàn)之一。與傳統(tǒng)金屬材料主要以一種元素為主不同（如鈦合金和鋼鐵），高熵合金通常包含至少四種比例相近的合金元素，其獨(dú)特的合金設(shè)計(jì)理念可以體現(xiàn)出多種元素的集體效應(yīng)，往往具有新穎的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的綜合性能，已經(jīng)受到航空航天、船舶、核能、汽車及電子等關(guān)鍵領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。然而，由于設(shè)計(jì)理念的限制，現(xiàn)有高熵合金強(qiáng)度難以進(jìn)一步獲得有效提升，直接制約其工程應(yīng)用。
圖 合金獨(dú)特的調(diào)幅納米結(jié)構(gòu)
圖 與已報(bào)道高熵合金力學(xué)性能對比
為了進(jìn)一步提升高熵合金的強(qiáng)度，同時(shí)還保有足夠的韌性及高熵合金獨(dú)特的優(yōu)勢，研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長期攻關(guān)，創(chuàng)新合金設(shè)計(jì)理念，成功在高熵合金中引入大量納米強(qiáng)化相并獲得一種獨(dú)特的納米調(diào)幅結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可通過多重機(jī)制，提供有效強(qiáng)化，貢獻(xiàn)超過560%的強(qiáng)度增加。
這一新型超高強(qiáng)高熵合金不僅具有超高的強(qiáng)度（1.9GPa，接近傳統(tǒng)鈦合金的兩倍）和良好塑性，還具有比傳統(tǒng)鋼鐵材料密度低、耐蝕性好等優(yōu)勢，能滿足先進(jìn)武器裝備對材料性能的苛刻需求，展現(xiàn)出切實(shí)的應(yīng)用潛力。
這一原創(chuàng)性成果在極大提升高熵合金強(qiáng)度的同時(shí)，仍能保持良好的塑性和加工硬化能力，不但大幅度提高高熵合金的綜合性能，進(jìn)一步拓展了可能的工程應(yīng)用領(lǐng)域，其創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念還能為高熵合金的設(shè)計(jì)提供更多的可能性，為開發(fā)兼具超高強(qiáng)度和塑性的高熵合金開辟新的途徑。
該研究工作由多家國內(nèi)知名高校和國際研究機(jī)構(gòu)合作完成。北京理工大學(xué)材料學(xué)院沖擊環(huán)境材料技術(shù)國家級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室薛云飛副教授和王富恥教授為論文通訊作者；清華大學(xué)李曉雁副教授為論文共同通訊作者；北京理工大學(xué)材料學(xué)院博士后梁耀健、博士生王林靜、中國科學(xué)院物理研究所博士后溫玉仁為論文共同第一作者；北京理工大學(xué)才鴻年院士，王魯教授、南京理工大學(xué)沙鋼教授、北京科技大學(xué)王沿東教授等師生為論文的共同作者。本工作得到國家自然科學(xué)基金和中國博士后科學(xué)基金的支持。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-06600-8
【課題組及負(fù)責(zé)人簡介】
該團(tuán)隊(duì)立足航空、航天、兵器、船舶等國家重大戰(zhàn)略領(lǐng)域武器裝備的作戰(zhàn)需求，長期致力于“毀傷與防護(hù)”用新型金屬材料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，研究領(lǐng)域貫穿成分-工藝-組織-服役行為全流程，以推動新功能、新概念武器的研發(fā)。目前，已形成多功能毀傷戰(zhàn)斗部、輕質(zhì)防護(hù)以及抗輻照三大材料體系，預(yù)期形成全新的軍用材料序列，推動我國關(guān)鍵領(lǐng)域典型裝備的跨越式發(fā)展。
薛云飛，副教授，博士生導(dǎo)師，本科、博士均畢業(yè)于北京理工大學(xué)。入選北京高等學(xué)校“青年英才計(jì)劃”，美國Michigan大學(xué)-安娜堡分校訪問學(xué)者。長期從事“毀傷與防護(hù)”用高熵、非晶及其復(fù)合材料的應(yīng)用開發(fā)工作，先后主持/完成了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、武器裝備預(yù)研項(xiàng)目/基金、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、軍委科技委基金、國防973專題、國防基礎(chǔ)科研等項(xiàng)目十余項(xiàng)。以第一/通訊作者在Acta. Mater、Scripta Mater、Appl Phys Lett等期刊發(fā)表SCI論文近40篇，授權(quán)/受理發(fā)明專利30余項(xiàng)。
分享到：