雙相合金強韌化方面研究取得突破性進展

記者3日從西北工業大學獲悉，該校科研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，實現了雙相合金力學性能的顯著提升。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。

據介紹，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，已經被大量應用于對安全系數要求高的結構件中。比如，現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，在更極端的環境中，金屬材料是否還能滿足使用要求呢？

西工大材料學院教授王志軍介紹：“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。”

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、更節能環保、更容易制備的合金材料。

西北工業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。”

理論上來講，雙相合金因為具備“骨骼”和“肌肉”協調運行的基本要素，因此理應具有很好的性能。然而，傳統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”的協調性更好，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了高達35%的均勻延伸率，并實現了接近2GPa的斷裂真應力。

王錦程表示，相對于傳統強韌化方案，團隊創新提出的新方法，不僅工藝簡單，更重要的是調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。