北理工材料學院在《自然·通訊》發(fā)表超高強高熵合金研究成果
發(fā)布日期：2018-10-12 供稿：材料學院 薛云飛
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日前，北京理工大學材料學院王富恥、王魯教授團隊，薛云飛課題組在國際頂級學術期刊《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)新了高熵合金設計理念，利用不同強化機理，開發(fā)出了超強高熵合金。
現(xiàn)代高技術戰(zhàn)爭具有空間廣闊、高速度、全天候、全時域、強毀傷等特點，先進武器裝備對材料性能提出了更高的要求，開發(fā)超高強韌的新型合金是增強武器裝備毀傷與防護能力、實現(xiàn)武器裝備輕型化設計、提高運載平臺靈活性、提升惡劣環(huán)境可靠性的關鍵途徑之一。高熵合金是近年來金屬材料領域的重大發(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，其獨特的合金設計理念可以體現(xiàn)出多種元素的集體效應，往往具有新穎的結構和優(yōu)異的綜合性能，已經(jīng)受到航空航天、船舶、核能、汽車及電子等關鍵領域的廣泛關注。然而，由于設計理念的限制，現(xiàn)有高熵合金強度難以進一步獲得有效提升，直接制約其工程應用。
圖 合金獨特的調幅納米結構
圖 與已報道高熵合金力學性能對比
為了進一步提升高熵合金的強度，同時還保有足夠的韌性及高熵合金獨特的優(yōu)勢，研究團隊經(jīng)過長期攻關，創(chuàng)新合金設計理念，成功在高熵合金中引入大量納米強化相并獲得一種獨特的納米調幅結構。該結構可通過多重機制，提供有效強化，貢獻超過560%的強度增加。
這一新型超高強高熵合金不僅具有超高的強度（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，能滿足先進武器裝備對材料性能的苛刻需求，展現(xiàn)出切實的應用潛力。
這一原創(chuàng)性成果在極大提升高熵合金強度的同時，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，進一步拓展了可能的工程應用領域，其創(chuàng)新設計理念還能為高熵合金的設計提供更多的可能性，為開發(fā)兼具超高強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知名高校和國際研究機構合作完成。北京理工大學材料學院沖擊環(huán)境材料技術國家級重點實驗室薛云飛副教授和王富恥教授為論文通訊作者；清華大學李曉雁副教授為論文共同通訊作者；北京理工大學材料學院博士后梁耀健、博士生王林靜、中國科學院物理研究所博士后溫玉仁為論文共同第一作者；北京理工大學才鴻年院士，王魯教授、南京理工大學沙鋼教授、北京科技大學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基金和中國博士后科學基金的支持。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-06600-8
【課題組及負責人簡介】
該團隊立足航空、航天、兵器、船舶等國家重大戰(zhàn)略領域武器裝備的作戰(zhàn)需求，長期致力于“毀傷與防護”用新型金屬材料的應用基礎研究和關鍵技術攻關，研究領域貫穿成分-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、輕質防護以及抗輻照三大材料體系，預期形成全新的軍用材料序列，推動我國關鍵領域典型裝備的跨越式發(fā)展。
薛云飛，副教授，博士生導師，本科、博士均畢業(yè)于北京理工大學。入選北京高等學?！扒嗄暧⒉庞媱潯保绹鳰ichigan大學-安娜堡分校訪問學者。長期從事“毀傷與防護”用高熵、非晶及其復合材料的應用開發(fā)工作，先后主持/完成了國家重點研發(fā)計劃課題、武器裝備預研項目/基金、國家自然科學基金面上項目、軍委科技委基金、國防973專題、國防基礎科研等項目十余項。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/受理發(fā)明專利30余項。
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