吕昭平教授团队在难熔高熵合金的韧塑化方面取得重要进展

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近日，北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京材料基因工程高精尖创新中心的吕昭平教授团队，利用晶界工程的策略解决了难熔高熵合金的氧脆问题。该研究成果以“Solving oxygen embrittlement of refractory high-entropy alloy via grain boundary engineering”为标题，发表于国际著名期刊Materials Today中。
        难熔高熵合金，尤其是NbMoTaW难熔高熵合金，由于在高温下具有很强的相稳定性并保持优异的高温强度，因此作为高温结构材料表现出巨大的应用潜力。然而，在室温条件下受到外力作用时，表现出显著的沿晶断裂方式，且没有明显的塑性，导致该合金轧制和锻造过程中的加工性能较差。因此，迫切需要揭示NbMoTaW难熔高熵合金的室温脆性的潜在机制，以便合理解决当前面临的室温脆性问题。

        为了解决这些问题，通过研究NbMoTaW 难熔高熵合金的变形和断裂机制。结果表明，铸态NbMoTaW 难熔高熵合金的室温脆性源于氧杂质向晶界处的偏析，这是由于在样品加工过程及原材料中不可避免的引入氧杂质，然而，大量氧原子的偏析削弱了晶界的结合力。根据以上分析，通过掺杂微量B和C等小原子来解决这一关键问题。B和C的添加优先取代晶界处的氧原子（即净化晶界），并增强了与基体金属原子之间的电子交互作用。因此，通过晶界工程的策略，晶界脆性得到有效缓解，该合金的断裂方式从沿晶转变为穿晶断裂，从而大幅提高了室温下的力学性能。具体力学性能表现为，掺杂5000 ppm B的难熔高熵合金表现出大于10%的塑性，同时强度高于1750 MPa，这显著优于未掺杂B、C小原子的NbMoTaW 难熔高熵合金。同时，小原子掺杂的难熔高熵合金在1600℃时的强度约为700MPa，比未掺杂小原子的NbMoTaW 难熔高熵合金高约200MPa。
         这项研究不仅有助于理解难熔高熵合金的脆化机理，而且为脆性难熔高熵合金的韧化提供了一条有效的途径。


         文章来源：北京理工大学
         


       文章来源：北京科技大学
       吕昭平,教育部长江学者特聘教授，北京科技大学新金属国家重点实验室主任，中国材料研究学会理事，国务院特殊津贴获得者。国际学术杂志《Intermetallics》编辑。1992和1995年分别从华中科技大学获得学士及硕士学位，1995年获得1996年赴新加坡国立大学攻读材料学博士学位，2001年进入美国橡树岭国家实验室做博士后，2004年成为该室正式研究员。2007年获得国家杰出青年科学基金支持，2009年因耐热钢的工作获美国“R&D 100 Award”。2010年获教育部自然科学二等奖。长期从事新型高性能钢铁材料和块体非晶合金方面的研究工作，取得了卓有成效的学术成绩。在《Science》、《Physical Review Letters》、《Advanced Materials》等学术刊物上发表论文150余篇，总引用4900余次，获得中国发明专利17项。获批美国发明专利2项，成功转化1项。单篇论文最高引用为790余次，做国际学术大会特邀报告35余次，承办/协办国际会议18次。相关工作在所研究领域引起很大反响2004年有关非晶钢的工作被美国物理学会评为当年世界上“Top Physics Stories”之一，2005年有关非晶形成能力的论文被ISI机构确定为材料科学界“Fast Moving Frontier”论文，2009年新型耐热不锈钢的工作被评为世界上“the top high technology products of the year”，2010年相关块体非晶复合材料韧化的工作被Nature-Asia Materials做专题评述。 多项其它工作还被《Science》、《Materials Today》、《Nature》等学术杂志做专题评述以及其它世界各国媒体所报道。