大连理工大学材料科学与工程学院科研团队在难熔高熵合金强化机制研究中获突破性进展

近日，材料科学与工程学院卢一平教授团队在难熔高熵合金强化机制研究中取得了重要进展。该研究针对现有难熔高熵合金在高强度与良好塑性之间难以兼顾的难题，创新性地提出了“氧-氮协同效应”强化策略。通过引入微量氧与氮间隙原子，协同调控局部化学有序结构与固溶强化效应，成功实现了强度与塑性的平衡。相关研究成果以题为“通过氧-氮协同效应实现难熔高熵合金的高强塑性”（Enabling high strength yet ductility in a refractory high-entropy alloy through oxygen-nitrogen synergistic effect），发表在材料科学领域顶级期刊《材料杂志》（Acta Materialia）上。

图1.高熵合金力学性能与微观结构表征

难熔高熵合金在高温条件下优异的抗软化性与相稳定性，使其成为航空航天、核能与高应力环境应用的理想材料。然而，该类合金仍面临诸多挑战，主要源于其较低的强度或固有脆性。尤其是经典的TiZrHfNb体系，尽管具有良好的延展性，但其屈服强度不足1GPa，始终难以满足严苛的工程应用需求。基于对难熔高熵合金成分局部化学波动的相关研究，有意掺杂小尺寸间隙原子以设计局部化学有序为克服合金的强度-延展性权衡提供了一种新方法。为解决单类型间隙原子掺杂策略的固有局限性，该研究创新性提出“氧-氮协同效应”的强化策略，形成独特的“有序-无序”结构耦合：其中，氧原子在(Ti, Zr)-富集区域构建局部化学有序结构，为滑移面上的位错提供低能垒成核位点，促进位错增殖，改善合金延展性；而氮原子则通过强烈的晶格畸变效应抑制位错长程滑移，有效提升合金强度。基于“氧-氮协同效应”设计的模型合金的屈服强度显著提高，为1412.9±13.5MPa，与TiZrHfNb合金相比提高了92%，同时保持了10%的断后伸长率。该强化方法为提升其他体心立方结构难熔高熵合金强度提供了全新的范式。

图2.塑性变形机制示意图：局部化学有序促进位错形核与增殖

该论文第一作者是材料学院博士生汪晓弟，通讯作者为北京科技大学吴渊教授、美国田纳西大学Peter K.Liaw教授和材料学院院长卢一平教授。贵州大学李天昕副教授在论文的撰写与修改过程中提供了重要支持，材料学院博士生许鼎锋、王茜茜等也在数据采集与实验表征方面作出了积极贡献。该研究得到了国家自然科学基金重点项目的资助支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121229

来源：材料科学与工程学院
编辑：李梦瑶 常思萌