本报讯 (记者 陈坚 通讯员 吴启帆) “合金就像鱼和熊掌,高强度、高韧性难以兼得。”天目山实验室章程研究员指着电子显微镜图像和应力-应变曲线说。

在章程的身后,一块银灰色金属样品正经历-100℃~800℃的极端温度考验。这项攻克材料界“冰火两重天”困境的突破性成果,近日登上国际材料领域顶刊《Acta Materialia》,引发全球航空航天材料领域高度关注。 

合金如超高强度的钢,虽在常温下表现出色,可一旦温度升至600℃以上便强度骤降,难以满足航天器结构件、航空发动机热端部件及深空探测装备对材料“全温域”性能的严苛需求。

天目山实验室先进合金设计与制备团队章程研究员与赵士腾教授,携手北京航空航天大学、北京科技大学、钢铁研究总院及美国加州大学伯克利分校科学家,创新融合多种强化与变形机制,在特殊设计的铁基高熵合金中植入纳米析出相与复杂成分陶瓷结构。

章程介绍,这一微观结构的精密调控,赋予材料跨越温域的卓越性能。常温下,拉伸强度高达1.8吉帕,延伸率超20%,综合性能超越超高强度钢。即便在800℃高温下,其屈服强度仍接近600兆帕,延伸率同样保持在20%以上,成功规避了现有镍基超级合金的高温脆化风险。

这一名为“整合多种强化剂赋能铁基高熵合金在常温和高温下的性能”的突破性成果,于7月9日在线发表于《Acta Materialia》。天目山实验室为论文第一完成单位,章程研究员、赵士腾教授、郭洪波教授及加州大学伯克利分校Ritchie教授为共同通讯作者,由章程研究员和赵士腾教授共同指导的北航天目山班材料专业博士生高威为第一作者。这是天目山实验室属地团队继年初开发出新型高温难熔多主元合金之后的又一重要科研成果。

“实验室于去年下半年才完成基础搭建,这块工作牵涉了很多精力。由于当时制备和表征条件限制,我们要带着样品往返北京、杭州两地奔波。”论文第一作者高威回忆道。

章程透露,目前研发团队已锁定新目标,深入解析合金中多相组织的协同机制,绘制性能调控图谱;研发耐受1200℃~1400℃的难熔高熵合金,瞄准新一代航空发动机;开展抗宇宙射线材料研究,为深空探测筑牢防线。



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