Nature：硼稳定化HfO2弥散强化钽基难熔合金在2000–2400 °C超高温下的高强度与室温延性协同实现

一、【科学背景】

极端应用要求材料不仅能在超过2000 °C的热机械载荷下保持高强度，还需在室温下具备高成形性以便加工成复杂形状构件，后者排除了脆性陶瓷及金属间化合物，使选材局限于高延性金属及其合金，但此类材料在超高温下的足够强度似乎难以实现。本研究报道一种铸造合金同时实现上述两项性能：采用新型硼介入原位氧化反应(boron-intervened in situ oxidation reaction)，制备了硼(B)稳定化HfO₂强化的钽(Ta)基合金，基体中致密均匀弥散分布约50 nm直径的氧化物颗粒。在这里，西安交通大学马恩教授和孙军教授团队实现了可在极端温度下承载载荷的高延展性难熔合金，相关研究成果以“Ductile alloys offering 100 MPa tensile strength at 2,400℃”为题目发表在国际顶级期刊Nature上，这种新型合金在超高温拉伸屈服强度方面填补了空白。

二、【科学贡献】

三、【创新点】

1．该新合金在超高温拉伸屈服强度方面具有——2000 °C约200 MPa，2400 °C约100 MPa，同时在室温下具备优异的强度-延性匹配（极限抗拉强度＞800 MPa，断裂延伸率约35%），超越此前所有难熔合金（含多主元合金）。。

2. 此外，氧化物纳米颗粒周围B的偏聚赋予其在2000–2400 °C下抗粗化的优良热稳定性。

3. 新型硼介入原位氧化反应，该策略超越传统氧化物弥散强化(ODS, Oxide Dispersion Strengthened)，实现了可在极端温度下承载的高延性难熔合金。

四、【科学启迪】

本工作解决了一项重大挑战，即实现一种能够在2,000–2,400 °C超高温下承受载荷、同时在室温附近具有良好延展性以便于加工的金属合金。除了所展示的可变形性外，本文中的合金在2,000 °C时实现了约200 MPa的拉伸屈服强度，在2,400 °C时约为100 MPa，超越了所有传统难熔合金和难熔多主元合金。硼稳定化HfO₂纳米颗粒能够同时提高强度、保持延展性并赋予热稳定性。首先，精心设计的硼介入氧化反应产生了不可溶解的氧化物颗粒，其平均直径约为50 nm，并在晶粒内部均匀分布。这些弥散分布的纳米颗粒基于奥罗万机制有效地钉扎位错。其次，除了基体中的位错塑性外，硼稳定化HfO₂颗粒还能通过额外的变形模式发生塑性变形，促进与基体的变形协调性，从而提高延展性。第三，偏析的硼改善了氧化物颗粒在超高温下的热稳定性。界面处硼的富集有效地阻挡了氧原子，阻止了其快速间隙扩散——否则这种扩散将介导氧化物颗粒的粗化。这种优异的热稳定性使弥散相能够有效阻碍位错运动以提高强度，即使在高达>2,000 °C的温度下也是如此。本文中的B-ODS设计策略也适用于其他合金。

原文详情：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10708-z

Nature：硼稳定化HfO2弥散强化钽基难熔合金在2000–2400 °C超高温下的高强度与室温延性协同实现

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