近期,，西北工業(yè)大學材料學院王錦程教授團隊在雙相合金強韌化方面研究取得突破性進展,，提出了雙相合金的相選擇再結晶概念，實現(xiàn)了雙相合金力學性能的顯著提升,。相關成果以“Phase-selective recrystallization makes eutectic high-entropy alloys ultra-ductile”為題,，發(fā)表在《自然-通訊》上，西北工業(yè)大學為論文第一單位和通訊單位,。

這一研究成果,，讓人類制造出密度低、強度高,，且具有良好變形能力的合金材料,，不再只是幻想。

一般而言,，自然界中存在的材料,，要么“強而脆”，要么“軟而韌”,，因此,，研制出“強且韌”的材料是材料科學家永恒的追求。

金屬材料因強度高且具備一定韌性,，已經(jīng)被大量應用于對安全系數(shù)要求高的結構件中,。比如，現(xiàn)在汽車由金屬材料制備的籠式結構,，即便受到一定程度的撞擊發(fā)生變形,，也不會完全斷裂，從而保護駕乘人員的生命安全,。那么,，在更極端的環(huán)境中，金屬材料是否還能滿足使用要求呢,？

西工大材料學院王志軍教授介紹：“舉個極端的例子,，比如空間站受到太空垃圾的'襲擊’時，太空垃圾會以每秒10公里左右的速度沖向空間站,，普通的金屬材料會瞬間被擊穿,?！?/p>

從理論上講，空間站的防護屏障所選用的材料,，既要有極高的強度,，又要有很高的韌性，同時還要輕便易運輸,。不僅如此,，太空中還有宇宙射線和高低溫交替，在這種極端環(huán)境下,，金屬材料也要保持很好的性能,。

這就為材料科學家提出了一個非常具有挑戰(zhàn)性的課題。從目前金屬材料的科學研究來看,，使用既強又韌的金屬材料，是被動防護的最佳選擇之一,。

盡管目前空間站中使用的材料是可以防范以上風險的,，不過，科學家們還是在不斷追求更輕,、更高效,、更節(jié)能環(huán)保、更容易制備的合金材料,。

西北工業(yè)大學材料學院王錦程教授團隊,，在雙相合金中提出的選“相”再結晶概念，為科學家們研制出密度低,、強度高,，且具有良好變形能力的合金材料提供了理論支撐。

什么是雙相金屬材料,？

團隊何峰教授打了個比方：“我們可以把雙相金屬材料中的兩個決定其性能的結構（雙相）,，分別比喻為動物的骨骼和肌肉，只有在骨骼強硬,、肌肉發(fā)達,，且軟組織柔韌的情況下，一個動物才能有很好的運動能力,?！?/p>

理論上來講，雙相合金因為具備“骨骼”和“肌肉”協(xié)調(diào)運行的基本要素,，因此理應具有很好的性能,。

然而，傳統(tǒng)雙相合金因為受制于加工工藝的限制,，“骨骼”之間的連接薄弱,，容易“脫臼”,，且“骨骼”與“肌肉”之間不能良好協(xié)作，因此在真實應用場景下,，雙相合金的性能總是與理論設想中的相去甚遠,。

針對這一難題，團隊提出了一種獨特的“相”選擇再結晶概念,，讓雙相合金的“骨骼”韌性更高,，“肌肉”和“骨骼”的協(xié)調(diào)性更好，從根本上消除“脫臼”的可能性,。這種方法首次在共晶高熵合金中實現(xiàn)了高達35%的均勻延伸率,，并實現(xiàn)了接近2GPa的斷裂真應力。

2019年,，團隊提出利用循環(huán)冷變形促進選相再結晶的工藝,，顯著提升了雙相材料的共晶高熵合金的拉伸塑性，打破了人們對共晶合金塑性較差的認知,。雖難掩興奮,，但團隊還是潛心對其背后的機制進行了長達兩年的深入研究，并及時與國際上的金屬材料領域?qū)＜医粨Q意見,，在大量調(diào)研文獻,、提出假設、設計實驗驗證,、進行國際合作與討論,、推翻假設的基礎上，2021年,，團隊最終頂住了高熵合金領域快速發(fā)展的競爭壓力,，明確了共晶高熵合金的選相再結晶韌化機制。2022年,，又經(jīng)過一年扎實的研究驗證,，團隊將這一系列研究成果匯總形成論文，并得到了審稿專家的一致肯定,，最終在《自然-通訊》上發(fā)表,。

王錦程教授表示，相對于傳統(tǒng)強韌化方案,，團隊創(chuàng)新提出的新方法,，不僅工藝簡單，更重要的是調(diào)控后的合金強塑性得到了成倍的突破,，未來有望在空天防護,、高端裝甲中獲得廣泛應用。

何峰表示：“如果有了這樣的防護裝備，未來,，太空旅行的安全指數(shù)將大大提高,。”

西北工業(yè)大學材料學院王錦程教授團隊長期開展材料多尺度模擬計算,、材料基因工程與合金設計,、高熵合金及增材制造等方面的科研工作。近年來,，團隊先后承擔國家自然科學基金項目,、國家重點研發(fā)計劃等國家級及省部級科研項目20余項，發(fā)表高水平論文200余篇,，授權發(fā)明專利12項,，獲省部級科學獎勵2項。

（中國日報陜西記者站）

來源：中國日報網(wǎng)