北科大吕昭平再发Nature:同时提高合金强度和延展性

【引言】

作为地球上最丰富的元素之一，无处不在的氧常常会在合金等金属材料中形成间隙杂质或者陶瓷相。研究显示，这一氧掺杂行为虽然可以显著提高合金强度，但同时也会带来延展性的大幅下降。因此在材料加工过程中需要极力避免氧掺杂的发生。尽管如此，氧元素依然以多样的存在形式影响着金属材料的力学性能。

【成果简介】

北京科技大学的吕昭平教授（通讯作者）团队报道了在合金中发现了一种新型的氧存在形式。该团队以TiZrHfNb高熵合金（HEAs）作为模型材料，对其进行有限的氧掺杂，发现氧形成了一种新型的有序氧复合物。该复合物的状态介于氧化物颗粒和常规随机间质之间。常规间质只对增强合金强度有所贡献，然而这一新型复合物不仅可以显著提高强度，还能同时保证材料的延展性。进一步力学测试显示，相较于未掺杂氧的合金，存在新型有序氧复合物的TiZrHfNb高熵合金的拉伸强度提高了48.5%左右，同时延展性也大幅增强了95.2%。这一结果打破了金属材料的强度和延展性性能不可同时得到提高的定律，为高强度-高延展性金属材料的设计提供了新的思路。2018年11月14日，相关成果以题为“Enhanced strength and ductility in a high-entropy alloy via ordered oxygen complexes”的文章在线发表在Nature上。

【图文导读】

图1 TiZrHfNb合金及其分别进行氧掺杂和氮掺杂后的力学性能

图2 合金的微观结构

图3 合金变形机理分析

图4 有序氧复合物对材料性能影响的机制探讨

文献链接：Enhanced strength and ductility in a high-entropy alloy via ordered oxygen complexes（Nature, 2018, DOI: 10.1038/s41586-018-0685-y）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿，材料牛编辑整理。

材料牛网专注于跟踪材料领域科技及行业进展，欢迎大家到材料人宣传科技成果并对文献进行深入解读，投稿邮箱tougao@cailiaoren.com。