第一作者：Zhifeng Lei, Xiongjun Liu, Yuan Wu

通讯作者：吕昭平

通讯单位：北京科技大学

研究亮点：

1. 发展了一种兼具高强度与高延展性的高熵合金材料

2. 揭示了金属材料的新型增强机理。

钢铁材料对于现代社会的意义，就如同骨骼对于人类的身体，是支撑起国民经济的脊梁，在航空航天、新能源、先进装备制造、国防安全和高速列车等先进交通运输行业，具有重要应用。

在金属材料中，由于氧气的存在，往往容易形成间隙杂质或者陶瓷相。这些氧化物虽然增加了金属材料的强度，但是使得金属变得易脆。

如何解决金属材料中的强度-延展性矛盾，是金属材料研究的重要议题。

有鉴于此，北京科技大学吕昭平教授团队报道了高熵合金中存在的有序氧结构可以同时增强强度和延展性。

图1. 力学性能

研究人员以TiZrHfNb高熵合金作为研究模型，掺入2.0%（原子量）氧之后，强度提高了48.5±1.8%，延展性提高了95.2±8.1%，破解了长期以来强度与延展性不能兼得的魔咒。

研究表明，复合体以有序的纳米尺度存在于高熵合金中，高熵合金间隙元素中存在的化学短程有序促进了富(O, Zr, Ti)原子复合物的形成。有序的间隙化合物改变了错位剪切模式，从平面滑移变成波形滑移，并增强双重横向滑移。这种间隙化合物增强的机理尤其适用于Ti-，Zr-，Hf-类合金。

总之，这项研究为金属材料的增强提供了全新的策略和更深入的机理探索。

图2. 微观结构

图3. 变形模式

图4. 机理研究

参考文献：

Zhifeng Lei, Xiongjun Liu, Yuan Wu, ZhaopingLu et al. Enhanced strength and ductility in a high-entropy alloy via orderedoxygen complexes. Nature 2018.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0685-y

作者简介：

吕昭平，1970年生，安徽桐城人，北京科技大学教授、博士生导师， 北京科技大学大学副校长。2017年4月，吕昭平教授团队在Nature发文，通过创新合金设计理念，利用不同的强化机理，开发出一种高密度纳米强化的超高强韧马氏体时效钢。该文曾入选2017年中国百篇最具影响国际学术论文。

北京科技大学新金属材料国家重点实验室简介：

新金属材料国家重点实验室是1989年经国家计委和教育部审批立项、原冶金工业部批准，依托于北京科技大学、1991年开始筹建；经过四年边建设、边研究、边开放，于1995年通过国家验收，开始正式运行；随后分别于1998年、2003年、2008年、2013通过科技部组织的每五年一次的国家重点实验室评估。

金属材料在人类社会发展史中有着不可替代的作用和地位，是高新技术发展必不可少的支柱和基础。近年来，航空航天、先进装备制造、新能源、深海技术以及先进交通运输等关键领域的发展对新一代高性能钢铁材料、高温结构材料、先进金属功能和结构材料以及先进金属材料设计、制备加工和服役评价提出了迫切需求。为此，实验室确立自身定位为：立足于金属材料发展的国际前沿、国民经济和国防建设对金属材料的重大需求，开展以新金属材料研发和传统材料升级换代为目的的基础和应用基础研究，提供全面系统的规律性认识和新材料及其相关技术的原型，推动研究成果转化，促进工程化应用。在研究方法上，着眼于材料科学与工程四要素关系的核心问题，从科学规律、制备技术、计算模拟与设计、服役评价和实验技术五大方面开展全面研究。研究方向跨越材料科学与工程一级学科，具体包括：新金属结构材料的应用基础研究、新金属功能材料的应用基础研究、新金属能源材料的应用基础研究、材料制备新技术和新工艺的应用基础研究、金属材料的计算机模拟与辅助设计等。