Korea University教授 Son Seoksu 研究团队
韩国研究团队开发出一种可在宇宙飞船、加速器等极端环境中使用的超高强度金属合金方法。这是一种能够同时提升强度和延展性的全新方法。
韩国研究财团9日表示，高丽大学教授 Son Seoksu 研究团队已掌握一种新概念超高强度马氏时效中熵合金的开发技术，有望克服既有的强度—延展性此消彼长关系。
马氏时效（maraging）是指将急冷后的金属在低温下保持一段时间，使细小颗粒析出以提高强度的方法。由于兼具高强度和优异韧性，被广泛应用于汽车、航空、航天、国防、工具材料等多种高附加值领域。所谓高/中熵合金，是指突破由单一元素作为基体的传统合金设计方式，由多种元素共同作为主元素，从而具有较高的混合熵，并可在高温下形成单相固溶体。
在一般的超高强度合金设计中，会将高温金属急冷以形成坚硬的细微组织基体（构成材料整体或大部分的相），并通过对急冷后过饱和元素进行热处理，使其以颗粒形式析出，联合使用这两种强化手段。该方法虽然具有显著的强度提升效果，但会导致延展性下降，从而降低材料承受载荷的能力，存在这一局限。
马氏时效合金是同时利用这两种强化机制的代表性合金，极其坚硬且韧性良好，但由于基体与颗粒界面较为脆弱，当受到外部巨大载荷时，界面处应力会集中并导致破坏，因此需要通过精密设计来加以克服。
研究团队摆脱了传统马氏时效设计方式，利用在变形过程中能够实时发生结构变化的金属间化合物作为析出颗粒（由过饱和固溶体析出的第二相），成功开发出同时具备超高强度和延展性的中熵合金。通过第一性原理计算和热力学模拟，对坚硬的金属间化合物析出颗粒进行可发生相变的结构设计，从而消解集中在界面部位的应力，防止裂纹产生，同时维持高强化效果。利用这种实时结构可变的金属化合物制备的中熵金属材料，获得了相当于超高强度钢板水平的抗拉强度（2.1 GPa），以及达到商用材料极限延展性（2%）两倍的均匀延展性（4%）。研究团队计划通过后续研究，开发出在超高温和超低温等极端环境中，除力学性能外，在耐腐蚀性能、电学与磁学性能等功能方面也得到多方位改善的合金。
Son 教授表示：“本研究的意义在于表明，在超高强度结构材料开发中，利用析出颗粒进行强化时，并非一定要以大幅牺牲延展性为代价来换取强度提升”，“有望在必须承受极端环境下巨大载荷和冲击的航空、航天、国防等尖端领域，根据特殊用途得到应用”。
本次研究成果已于今年1月10日发表在国际学术期刊《Nature Communications》上。
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