鎢高熵合金强度與塑性的同步提升

鎢合金又稱爲高比重鎢合金或高密度鎢合金，是一種以難熔金屬鎢元素爲硬質相，以鎳、鐵、銅、鈷或鉬等金屬元素爲粘結相的合金材料，具有熔點高、密度大、硬度高、强度大、蒸汽壓低、抗輻射能力强、耐高溫、耐衝擊、耐磨和耐腐蝕等特點，因而廣泛應用于各類機械設備的配重件、屏蔽件和耐高溫結構部件。

然而，隨著科學技術的不斷提高和極端環境下的使用需求增加，對鎢合金的强韌塑性等性能提出了越來越苛刻的要求。爲了突破材料固有的强度-塑性互斥的限制，我們需要開發具有超高强度和良好拉伸塑性的鎢高熵合金，這是當前亟待解决的挑戰性難題。

鎢高熵合金由鎢、鉬、鈦等五種或五種以上的主要元素以等物質的量比或近等物質的量比組成，且每種元素占合金總成分的5%—35%，是一種新的材料，適合用真空電弧熔煉法來製備。

近期，戴蘭宏團隊聯合美國加利福尼亞大學伯克利分校、北京航空航天大學等單位在超高强鎢高熵合金的研究中取得重要進展。科研人員提出了逐級可控有序納米沉澱强韌化的新策略。該策略在高溫（900℃）和中溫（650℃）分級時效，實現了納米片層狀δ相和納米顆粒狀γ"相差异性可控的雙共格納米沉澱相析出，使所製備鎢高熵合金材料具有2.15GPa的超高室溫强度和15%的拉伸塑性。同時，該鎢高熵合金在800℃高溫環境下仍可保持1GPa以上的高屈服强度。

研究表明，該鎢高熵合金具有超高强塑性的主要原因是位錯滑移切過兩種共格沉澱相幷保持完美的共格結構，進而實現了材料晶體結構“切過而不斷”。位錯切過δ片層沉澱後，片層出現了顯著的局部高應變，同時保持了晶體結構連續，有效釋放由位錯塞積産生的應力集中，避免了裂紋提前萌生誘致的脆性破壞。位錯切過共格γ"沉澱後，發生共格强化和有序强化，使材料强度進一步提高。兩種不同形態納米沉澱相的協同强韌化，實現了該合金强度和塑性的同步提升。

該研究成果已以“Ultra-strong tungsten refractory high entropy alloy via stepwise controllable coherent nanoprecipitations”爲題，發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。

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