研究透视：华东理工大学涂善东/张显程团队-中熵合金CoNiV | Nature

抖音推荐 2025年08月29日 22:58 1 admin

在苛刻的低温条件下，金属材料的力学性能往往会降低，这给低温基础设施带来了挑战。

近日，华东理工大学Tiwen Lu, Binhan Sun，涂善东院士Shan-Tung Tu，张显程Xian-Cheng Zhang联合德国马克思普朗克可持续材料研究所Dierk Raabe等，在Nature上发文，报道了在一种CoNiV基中熵合金中，引入了双尺度原子有序纳米结构，主要特征在于在CoNiV基合金的金属固溶体基体中共存的亚纳米级短程有序（约2.4 × 10²⁶ m⁻³）和纳米级长程有序（约4.5 × 10²⁵ m⁻³）畴的异常高数密度，以提高低温强度和延展性的协同作用。

研究表明，由于纳米级长程有序的位错阻塞效应和新位错的产生，有序诱导的位错剪切应力增加以及更快的位错增殖。后一种效应还释放了纳米级长程有序障碍处的应力集中，否则会促进损伤引发和失效。

因此，该合金在87K时，强度-延伸率为76GPa%，屈服强度约为1.2GPa，优于没有这种有序等级的材料，仅包含几十纳米的短程有序或共格析出coherent precipitates。

该项成果强调了双重共存的化学有序化，对复杂合金力学性能的影响，并提供了控制这些有序化状态的指导方针，以提高其低温应用的力学性能。

Dual-scale chemical ordering for cryogenic properties in CoNiV-based alloys.

CoNiV基合金低温性能的双尺度化学有序结构

图1 CoNiV-AlTi样品的微观结构和双尺度化学有序性。

图2 在87K下研究合金的低温拉伸性能。

图3 CoNiV-AlTi合金的典型变形亚结构。

图4 含有不同有序结构（CoNiV-AlTi、CoNiV(SS) 和 CoNiV(SSA) 样品）的样品的温度依赖性机械行为。

该项研究，开发出了一种具有双尺度化学有序结构的CoNiV基合金（Co₃₂Ni₃₂V₃₂Al₂Ti₂，at%），在87K低温下表现出了卓越的强度-塑性协同效应，屈服强度达1.2 GPa，断裂应变达42.6%，强度-延伸率乘积高达76 GPa·%。该材料通过精密调控热处理工艺，在固溶体基体中同时引入高密度短程有序（SRO，~2.4×10²⁶ m⁻³）和纳米级长程有序（NLRO，~4.5×10²⁵ m⁻³）结构，有效阻碍位错运动并促进位错增殖，从而在低温下实现高强度与高韧性的统一。

采用真空感应熔炼制备合金，经过均匀化、冷轧、固溶处理（1100°C）和时效处理（750°C/1h），利用HAADF-STEM、APT、中子衍射等先进表征技术确认了SRO和NLRO的共存结构。通过低温拉伸、断裂韧性测试及变形微观结构分析，系统揭示了有序结构对位错行为和应变硬化的影响机制。

这种全新的微观结构设计策略，突破了传统沉淀强化材料在低温下韧性骤降的瓶颈，为极端环境（如航天、能源、超导等领域）高性能结构材料的开发提供了新思路，并成功在NiCrFe和CoCrNi基中高熵合金中验证了其普适性。

文献链接

Lu, T., Sun, B., Li, Y. et al. Dual-scale chemical ordering for cryogenic properties in CoNiV-based alloys. Nature (2025).

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09458-1

本文译自Nature。

来源：今日新材料

长三角G60激光联盟陈长军转载

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