双相合金强韧化方面研究取得突破性进展

记者3日从西北工业大学获悉，该校科研团队在双相合金强韧化方面研究取得突破性进展，提出了双相合金的相选择再结晶概念，实现了双相合金力学性能的显著提升。这一研究成果，让人类制造出密度低、强度高，且具有良好变形能力的合金材料，不再只是幻想。

据介绍，一般而言，自然界中存在的材料，要么“强而脆”，要么“软而韧”，因此，研制出“强且韧”的材料是材料科学家永恒的追求。

金属材料因强度高且具备一定韧性，已经被大量应用于对安全系数要求高的结构件中。比如，现在汽车由金属材料制备的笼式结构，即便受到一定程度的撞击发生变形，也不会完全断裂，从而保护驾乘人员的生命安全。那么，在更极端的环境中，金属材料是否还能满足使用要求呢？

西工大材料学院教授王志军介绍：“举个极端的例子，比如空间站受到太空垃圾的‘袭击’时，太空垃圾会以每秒10公里左右的速度冲向空间站，普通的金属材料会瞬间被击穿。”

从理论上讲，空间站的防护屏障所选用的材料，既要有极高的强度，又要有很高的韧性，同时还要轻便易运输。不仅如此，太空中还有宇宙射线和高低温交替，在这种极端环境下，金属材料也要保持很好的性能。

这就为材料科学家提出了一个非常具有挑战性的课题。从目前金属材料的科学研究来看，使用既强又韧的金属材料，是被动防护的最佳选择之一。

尽管目前空间站中使用的材料是可以防范以上风险的，不过，科学家们还是在不断追求更轻、更高效、更节能环保、更容易制备的合金材料。

西北工业大学材料学院王锦程教授团队，在双相合金中提出的选“相”再结晶概念，为科学家们研制出密度低、强度高，且具有良好变形能力的合金材料提供了理论支撑。

什么是双相金属材料？团队何峰教授打了个比方：“我们可以把双相金属材料中的两个决定其性能的结构(双相)，分别比喻为动物的骨骼和肌肉，只有在骨骼强硬、肌肉发达，且软组织柔韧的情况下，一个动物才能有很好的运动能力。”

理论上来讲，双相合金因为具备“骨骼”和“肌肉”协调运行的基本要素，因此理应具有很好的性能。然而，传统双相合金因为受制于加工工艺的限制，“骨骼”之间的连接薄弱，容易“脱臼”，且“骨骼”与“肌肉”之间不能良好协作，因此在真实应用场景下，双相合金的性能总是与理论设想中的相去甚远。

针对这一难题，团队提出了一种独特的“相”选择再结晶概念，让双相合金的“骨骼”韧性更高，“肌肉”和“骨骼”的协调性更好，从根本上消除“脱臼”的可能性。这种方法首次在共晶高熵合金中实现了高达35%的均匀延伸率，并实现了接近2GPa的断裂真应力。

王锦程表示，相对于传统强韧化方案，团队创新提出的新方法，不仅工艺简单，更重要的是调控后的合金强塑性得到了成倍的突破，未来有望在空天防护、高端装甲中获得广泛应用。