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突破千兆帕級(jí)!新型金屬間化合物刷新疲勞極限
2026-04-15 15:18:40
來源:科技日報(bào)  作者: 代小佩

香港城市大學(xué)楊濤教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)趙怡潞教授團(tuán)隊(duì)、呂堅(jiān)教授團(tuán)隊(duì)及南方科技大學(xué)韓曉東教授團(tuán)隊(duì),在塊體金屬間化合物抗疲勞損傷設(shè)計(jì)方面取得重大突破。他們率先提出“多組元共生”設(shè)計(jì)新策略,成功研制出新型核殼結(jié)構(gòu)金屬間化合物。該化合物疲勞極限突破千兆帕,并超過材料自身屈服強(qiáng)度,打破了“疲勞極限低于屈服強(qiáng)度”的傳統(tǒng)認(rèn)知。相關(guān)成果近日發(fā)表于《自然·通訊》。

金屬間化合物因其獨(dú)特的長程有序結(jié)構(gòu),在強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性方面具有顯著優(yōu)勢,被廣泛認(rèn)為是航空航天、核能等極端環(huán)境下的重要候選材料。然而,這類材料長期面臨晶界脆性和疲勞性能不足的問題,室溫疲勞極限普遍低于400兆帕,嚴(yán)重限制了其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

針對(duì)這一挑戰(zhàn),上述研究團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)性地提出了“多組元共生”設(shè)計(jì)策略。他們以鈷鎳鋁鈦鉭釩硼合金(CoNiAlTiTaVB)多組元L12型金屬間化合物為模型體系,通過調(diào)控鈷(Co)與硼(B)元素在晶界處的協(xié)同偏聚,成功在晶界原位構(gòu)筑了厚度約2納米的面心立方結(jié)構(gòu)無序界面層。該無序界面層不僅有效消解了有序晶界的本征脆性,還作為位錯(cuò)發(fā)射源,激活了超位錯(cuò)、層錯(cuò)和納米孿晶等多種變形機(jī)制,有效緩解應(yīng)力集中,抑制疲勞開裂。

數(shù)據(jù)顯示,這一新型合金材料在室溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學(xué)性能,屈服強(qiáng)度約1.0吉帕、抗拉強(qiáng)度達(dá)1.7吉帕,且均勻延伸率(數(shù)值越高材料越耐拉、好加工、不易局部崩斷)高達(dá)33%,實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度與塑性的協(xié)同躍升。其疲勞極限高達(dá)1100兆帕,為屈服強(qiáng)度的1.1倍。相比(鈷76鈦24)99硼1合金,該新型金屬間化合物的疲勞極限提升了近三倍。

研究團(tuán)隊(duì)表示,這項(xiàng)研究成果有助于加深對(duì)金屬間化合物疲勞行為的基礎(chǔ)認(rèn)識(shí),同時(shí)也為新一代高可靠性金屬間化合物的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供了重要支撐。

編輯:韓夢晨
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