科技日?qǐng)?bào)記者 代小佩

香港城市大學(xué)楊濤教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）趙怡潞教授團(tuán)隊(duì)、呂堅(jiān)教授團(tuán)隊(duì)及南方科技大學(xué)韓曉東教授團(tuán)隊(duì)，在塊體金屬間化合物抗疲勞損傷設(shè)計(jì)方面取得重大突破。他們率先提出“多組元共生”設(shè)計(jì)新策略，成功研制出新型核殼結(jié)構(gòu)金屬間化合物。該化合物疲勞極限突破千兆帕，并超過(guò)材料自身屈服強(qiáng)度，打破了“疲勞極限低于屈服強(qiáng)度”的傳統(tǒng)認(rèn)知。相關(guān)成果近日發(fā)表于《自然·通訊》。

金屬間化合物因其獨(dú)特的長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，被廣泛認(rèn)為是航空航天、核能等極端環(huán)境下的重要候選材料。然而，這類(lèi)材料長(zhǎng)期面臨晶界脆性和疲勞性能不足的問(wèn)題，室溫疲勞極限普遍低于400兆帕，嚴(yán)重限制了其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

針對(duì)這一挑戰(zhàn)，上述研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)性地提出了“多組元共生”設(shè)計(jì)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(guò)調(diào)控鈷（Co）與硼（B）元素在晶界處的協(xié)同偏聚，成功在晶界原位構(gòu)筑了厚度約2納米的面心立方結(jié)構(gòu)無(wú)序界面層。該無(wú)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(cuò)發(fā)射源，激活了超位錯(cuò)、層錯(cuò)和納米孿晶等多種變形機(jī)制，有效緩解應(yīng)力集中，抑制疲勞開(kāi)裂。

數(shù)據(jù)顯示，這一新型合金材料在室溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，屈服強(qiáng)度約1.0吉帕、抗拉強(qiáng)度達(dá)1.7吉帕，且均勻延伸率（數(shù)值越高材料越耐拉、好加工、不易局部崩斷）高達(dá)33%，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度與塑性的協(xié)同躍升。其疲勞極限高達(dá)1100兆帕，為屈服強(qiáng)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(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)研究成果有助于加深對(duì)金屬間化合物疲勞行為的基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)，同時(shí)也為新一代高可靠性金屬間化合物的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供了重要支撐。