上海大学首篇Science论文！新型共晶高熵合金材料学术资讯

导读

2021年8月20日，上海大学材料科学与工程学院钟云波教授研究团队关于“共晶鱼骨高熵合金的多级裂纹缓冲效应及其辅助的超高塑韧性”最新研究成果，以Hierarchical Crack Buffering Triples Ductility in Eutectic Herringbone High-entropy Alloys为题，在国际顶尖期刊《Science》上发表。

合金材料的断裂失效，如台风中大桥钢结构的断裂、地震中建筑物钢结构的倒塌、雪灾中电力支架的崩塌等，绝大部分均起源于合金材料中微裂纹的产生和扩展，因此在合金结构材料中宽容微观裂纹产生是违反传统安全理念的，因为材料中出现的微裂纹，在应力作用下将快速扩展成宏观裂纹，最终触发材料的过早失效，并因此伴随着令人失望的低拉伸塑性。

目前，我们在一种新型的共晶高熵合金材料中颠覆了这一观念：我们采用独特的凝固组织控制手段，将共晶高熵合金中的共晶层片结构设计成类似鱼骨的多级共晶层片结构，在拉伸变形时，超硬相B2相中不但形成位错和晶界滑移，还将萌生高密度微裂纹，缓解材料变形时的应力集中；且该微裂纹仅在B2相中大量萌生和沿拉伸方向拉长，微裂纹遇到软性相L12相界时不再扩展，裂纹前端钝化为圆形；而在软性相L12相中形成大量的高密度位错和晶界滑移，形成不断累积的加工硬化，表现出超优的塑性变形能力；B2和L12两相的这种协同变形作用下，B2相中大量萌生的微裂纹不仅不会恶化共晶高熵合金性能反而可以做为一种有效的应变补偿去改善材料塑性。

这一突破源于仿生激发的多级裂纹缓冲效应，其允许多重微裂纹的广泛成核，但在随后的巨大应变范围内显著抑制了它们的灾难性生长和破坏。结果，在不牺牲强度的情况下，这种共晶鱼骨材料获得了超高的断裂韧性，特别是其延伸率达到了前所未有的50%，约是传统铸态共晶材料的3倍。

本文提出的这种仿生鱼骨结构导致的多级微裂纹缓冲效应激发共晶高熵合金材料的超优塑性，属首次发现。如果应用于跨海大桥、高层建筑、核电、火电、航母、核潜艇、航空航天、大型钢构件等领域的结构材料，将极大提高其服役安全性。