科技日報記者 代小佩
香港城市大學楊濤教授團隊聯合哈爾濱工業大學（深圳）趙怡潞教授團隊、呂堅教授團隊及南方科技大學韓曉東教授團隊，在塊體金屬間化合物抗疲勞損傷設計方面取得重大突破。他們率先提出“多組元共生”設計新策略，成功研制出新型核殼結構金屬間化合物。該化合物疲勞極限突破千兆帕，并超過材料自身屈服強度，打破了“疲勞極限低于屈服強度”的傳統認知。相關成果近日發表于《自然·通訊》。
金屬間化合物因其獨特的長程有序結構，在強度和高溫穩定性方面具有顯著優勢，被廣泛認為是航空航天、核能等極端環境下的重要候選材料。然而，這類材料長期面臨晶界脆性和疲勞性能不足的問題，室溫疲勞極限普遍低于400兆帕，嚴重限制了其在實際工程中的應用。
針對這一挑戰，上述研究團隊開創性地提出了“多組元共生”設計策略。他們以鈷鎳鋁鈦鉭釩硼合金（CoNiAlTiTaVB）多組元L12型金屬間化合物為模型體系，通過調控鈷（Co）與硼（B）元素在晶界處的協同偏聚，成功在晶界原位構筑了厚度約2納米的面心立方結構無序界面層。該無序界面層不僅有效消解了有序晶界的本征脆性，還作為位錯發射源，激活了超位錯、層錯和納米孿晶等多種變形機制，有效緩解應力集中，抑制疲勞開裂。
數據顯示，這一新型合金材料在室溫下表現出優異的綜合力學性能，屈服強度約1.0吉帕、抗拉強度達1.7吉帕，且均勻延伸率（數值越高材料越耐拉、好加工、不易局部崩斷）高達33%，實現了強度與塑性的協同躍升。其疲勞極限高達1100兆帕，為屈服強度的1.1倍。相比（鈷76鈦24）99硼1合金，該新型金屬間化合物的疲勞極限提升了近三倍。
研究團隊表示，這項研究成果有助于加深對金屬間化合物疲勞行為的基礎認識，同時也為新一代高可靠性金屬間化合物的設計與應用提供了重要支撐。
網友評論
