力學所等研發出超高強塑性鎢高熵合金

鎢合金具有高密度、高強高硬、抗輻照等優異性能。隨著高技術領域的迅速發展以及服役環境的復雜和極端化，對鎢合金的強韌塑性等性能提出了越來越苛刻的要求，突破材料固有的強度-塑性互斥（trade-off），發展強度2GPa量級同時兼具良好拉伸塑性的超高強鎢合金是當前亟待解決的挑戰性難題。?

中國科學院力學研究所戴蘭宏研究團隊前期工作研發了一種具有剪切自銳（self-sharpening）特性的鎢高熵合金，首次在鑄態鎢合金中實現了自銳性的突破，使高速穿甲侵徹能力獲得顯著提高。近期，戴蘭宏團隊聯合美國加利福尼亞大學伯克利分校、北京航空航天大學、香港理工大學和香港城市大學，在超高強鎢高熵合金的研究中又取得重要進展。科研人員提出了逐級可控有序納米沉淀強韌化的新策略。該策略在高溫（900℃）和中溫（650℃）分級時效，實現了納米片層狀δ相和納米顆粒狀γ"相差異性可控的雙共格納米沉淀相析出（圖1、2），使所制備鎢高熵合金材料具有2.15GPa的超高室溫強度和15%的拉伸塑性（圖3）。同時，該鎢高熵合金在800℃高溫環境下仍可保持1GPa以上的高屈服強度（圖4）。與已報道相關鎢合金和難熔高熵合金相比，所研制鎢高熵合金強塑性目前在國際上處于最優水平。研究人員對不同拉伸變形階段的微觀結構進行系統表征分析，揭示了位錯滑移切過兩種共格沉淀相并保持完美的共格結構，實現了材料晶體結構“切過而不斷”，這是該合金材料具有超高強塑性的主要原因。位錯切過δ片層沉淀后，片層出現了顯著的局部高應變，同時保持了晶體結構連續（圖5），有效釋放由位錯塞積產生的應力集中，避免了裂紋提前萌生誘致的脆性破壞。位錯切過共格γ"沉淀后，發生共格強化和有序強化，使材料強度進一步提高（圖6）。兩種不同形態納米沉淀相的協同強韌化，實現了該合金強度和塑性的同步提升。逐級可控的沉淀結構實現了鎢高熵合金的超高強塑性，為高性能先進合金材料研發提供了新思路。?

相關研究成果以Ultra-strong tungsten refractory high entropy alloy via stepwise controllable coherent nanoprecipitations為題，發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國家自然科學基金重大項目“無序合金的塑性流動與強韌化機理”、國家自然科學基金基礎科學中心項目“非線性力學的多尺度問題”和中國科學院戰略性先導科技專項（B類）等的支持。?

論文鏈接?

圖1. 逐級可控沉淀結構演變。a-c為結構演變示意圖，d和c為相應階段EBSD結構表征，f-i為相應TEM結構表征。?

圖2. 差異性雙相共格沉淀與基體的晶體學關系及元素分布。a和b分別為δ和γ"沉淀球差矯正TEM結構分析，c和d分別為δ和γ"沉淀元素分布3維原子探針(3D-APT)分析，e和f分別為相應一維元素分布。?

圖3. 室溫準靜態拉伸性能及與其他金屬對比?

圖4. 高溫準靜態拉伸性能及與其他金屬對比?

圖5. 位錯切過δ片層后晶格連續TEM結構表征?

圖6. 位錯切過γ"共格沉淀TEM結構表征?