(相關(guān)資料圖)
鎢合金具有高密度、高強(qiáng)高硬、抗輻照等優(yōu)異性能。隨著高技術(shù)領(lǐng)域的迅速發(fā)展以及服役環(huán)境的復(fù)雜和極端化，對(duì)鎢合金的強(qiáng)韌塑性等性能提出了越來(lái)越苛刻的要求，突破材料固有的強(qiáng)度-塑性互斥（trade-off），發(fā)展強(qiáng)度2GPa量級(jí)同時(shí)兼具良好拉伸塑性的超高強(qiáng)鎢合金是當(dāng)前亟待解決的挑戰(zhàn)性難題。?
中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所戴蘭宏研究團(tuán)隊(duì)前期工作研發(fā)了一種具有剪切自銳（self-sharpening）特性的鎢高熵合金，首次在鑄態(tài)鎢合金中實(shí)現(xiàn)了自銳性的突破，使高速穿甲侵徹能力獲得顯著提高。近期，戴蘭宏團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校、北京航空航天大學(xué)、香港理工大學(xué)和香港城市大學(xué)，在超高強(qiáng)鎢高熵合金的研究中又取得重要進(jìn)展。科研人員提出了逐級(jí)可控有序納米沉淀強(qiáng)韌化的新策略。該策略在高溫（900℃）和中溫（650℃）分級(jí)時(shí)效，實(shí)現(xiàn)了納米片層狀δ相和納米顆粒狀γ"相差異性可控的雙共格納米沉淀相析出（圖1、2），使所制備鎢高熵合金材料具有2.15GPa的超高室溫強(qiáng)度和15%的拉伸塑性（圖3）。同時(shí)，該鎢高熵合金在800℃高溫環(huán)境下仍可保持1GPa以上的高屈服強(qiáng)度（圖4）。與已報(bào)道相關(guān)鎢合金和難熔高熵合金相比，所研制鎢高熵合金強(qiáng)塑性目前在國(guó)際上處于最優(yōu)水平。研究人員對(duì)不同拉伸變形階段的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)表征分析，揭示了位錯(cuò)滑移切過(guò)兩種共格沉淀相并保持完美的共格結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了材料晶體結(jié)構(gòu)“切過(guò)而不斷”，這是該合金材料具有超高強(qiáng)塑性的主要原因。位錯(cuò)切過(guò)δ片層沉淀后，片層出現(xiàn)了顯著的局部高應(yīng)變，同時(shí)保持了晶體結(jié)構(gòu)連續(xù)（圖5），有效釋放由位錯(cuò)塞積產(chǎn)生的應(yīng)力集中，避免了裂紋提前萌生誘致的脆性破壞。位錯(cuò)切過(guò)共格γ"沉淀后，發(fā)生共格強(qiáng)化和有序強(qiáng)化，使材料強(qiáng)度進(jìn)一步提高（圖6）。兩種不同形態(tài)納米沉淀相的協(xié)同強(qiáng)韌化，實(shí)現(xiàn)了該合金強(qiáng)度和塑性的同步提升。逐級(jí)可控的沉淀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了鎢高熵合金的超高強(qiáng)塑性，為高性能先進(jìn)合金材料研發(fā)提供了新思路。?
相關(guān)研究成果以Ultra-strong tungsten refractory high entropy alloy via stepwise controllable coherent nanoprecipitations為題，發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“無(wú)序合金的塑性流動(dòng)與強(qiáng)韌化機(jī)理”、國(guó)家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目“非線性力學(xué)的多尺度問(wèn)題”和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）等的支持。?
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圖1. 逐級(jí)可控沉淀結(jié)構(gòu)演變。a-c為結(jié)構(gòu)演變示意圖，d和c為相應(yīng)階段EBSD結(jié)構(gòu)表征，f-i為相應(yīng)TEM結(jié)構(gòu)表征。?
圖2. 差異性雙相共格沉淀與基體的晶體學(xué)關(guān)系及元素分布。a和b分別為δ和γ"沉淀球差矯正TEM結(jié)構(gòu)分析，c和d分別為δ和γ"沉淀元素分布3維原子探針(3D-APT)分析，e和f分別為相應(yīng)一維元素分布。?
圖3. 室溫準(zhǔn)靜態(tài)拉伸性能及與其他金屬對(duì)比?
圖4. 高溫準(zhǔn)靜態(tài)拉伸性能及與其他金屬對(duì)比?
圖5. 位錯(cuò)切過(guò)δ片層后晶格連續(xù)TEM結(jié)構(gòu)表征?
圖6. 位錯(cuò)切過(guò)γ"共格沉淀TEM結(jié)構(gòu)表征?