《自然·通讯》报道北理工利用不同强化机理 开发出超强高熵合金

日前，北京理工大学材料学院王富耻、王鲁教授团队，薛云飞课题组在国际顶级学术期刊《Nature Communications》上发表了题为《High-content ductile coherent nanoprecipitates achieve ultrastrong high-entropy alloys》的研究论文。该研究创新了高熵合金设计理念，利用不同强化机理，开发出了超强高熵合金。

现代高技术战争具有空间广阔、高速度、全天候、全时域、强毁伤等特点，先进武器装备对材料性能提出了更高的要求，开发超高强韧的新型合金是增强武器装备毁伤与防护能力、实现武器装备轻型化设计、提高运载平台灵活性、提升恶劣环境可靠性的关键途径之一。高熵合金是近年来金属材料领域的重大发现之一。与传统金属材料主要以一种元素为主不同（如钛合金和钢铁），高熵合金通常包含至少四种比例相近的合金元素，其独特的合金设计理念可以体现出多种元素的集体效应，往往具有新颖的结构和优异的综合性能，已经受到航空航天、船舶、核能、汽车及电子等关键领域的广泛关注。然而，由于设计理念的限制，现有高熵合金强度难以进一步获得有效提升，直接制约其工程应用。

图 合金独特的调幅纳米结构

图 与已报道高熵合金力学性能对比

为了进一步提升高熵合金的强度，同时还保有足够的韧性及高熵合金独特的优势，研究团队经过长期攻关，创新合金设计理念，成功在高熵合金中引入大量纳米强化相并获得一种独特的纳米调幅结构。该结构可通过多重机制，提供有效强化，贡献超过560%的强度增加。

这一新型超高强高熵合金不仅具有超高的强度（1.9GPa，接近传统钛合金的两倍）和良好塑性，还具有比传统钢铁材料密度低、耐蚀性好等优势，能满足先进武器装备对材料性能的苛刻需求，展现出切实的应用潜力。

这一原创性成果在极大提升高熵合金强度的同时，仍能保持良好的塑性和加工硬化能力，不但大幅度提高高熵合金的综合性能，进一步拓展了可能的工程应用领域，其创新设计理念还能为高熵合金的设计提供更多的可能性，为开发兼具超高强度和塑性的高熵合金开辟新的途径。

该研究工作由多家国内知名高校和国际研究机构合作完成。北京理工大学材料学院冲击环境材料技术国家级重点实验室薛云飞副教授和王富耻教授为论文通讯作者；清华大学李晓雁副教授为论文共同通讯作者；北京理工大学材料学院博士后梁耀健、博士生王林静、中国科学院物理研究所博士后温玉仁为论文共同第一作者；北京理工大学才鸿年院士，王鲁教授、南京理工大学沙钢教授、北京科技大学王沿东教授等师生为论文的共同作者。本工作得到国家自然科学基金和中国博士后科学基金的支持。

【课题组及负责人简介】

该团队立足航空、航天、兵器、船舶等国家重大战略领域武器装备的作战需求，长期致力于“毁伤与防护”用新型金属材料的应用基础研究和关键技术攻关，研究领域贯穿成分-工艺-组织-服役行为全流程，以推动新功能、新概念武器的研发。目前，已形成多功能毁伤战斗部、轻质防护以及抗辐照三大材料体系，预期形成全新的军用材料序列，推动我国关键领域典型装备的跨越式发展。

薛云飞，副教授，博士生导师，本科、博士均毕业于北京理工大学。入选北京高等学校“青年英才计划”，美国Michigan大学-安娜堡分校访问学者。长期从事“毁伤与防护”用高熵、非晶及其复合材料的应用开发工作，先后主持/完成了国家重点研发计划课题、武器装备预研项目/基金、国家自然科学基金面上项目、军委科技委基金、国防973专题、国防基础科研等项目十余项。以第一/通讯作者在Acta. Mater、Scripta Mater、Appl Phys Lett等期刊发表SCI论文近40篇，授权/受理发明专利30余项。