莫纳什大学在《科学》发表难熔高熵合金突破，原子自组装造出屈服强度超2吉帕的块状超级合金

B910化工消息：6月19日消息，澳大利亚莫纳什大学（Monash University）材料科学与工程系研究团队在《科学》（Science）发表论文，成功制造出首块大尺寸、连续、近乎无缺陷的难熔高熵合金（RHEA），将这类面向极端环境的高性能金属从实验室薄膜、微米级样品推向了可工程化的大块材料。论文题为《应变诱导的全共格三相纳米架构难熔高熵合金》（DOI: 10.1126/science.aec4995）。

该合金由钛、铪、钽、铌、锆五种难熔元素组成。研究团队由通讯作者、莫纳什大学Jian-Feng Nie（聂）教授领衔，主要研究人员包括Zhiqiao Li与Jin Xie，合作方包括重庆大学副教授张宇（Yu Zhang，莫纳什博士）与美国俄亥俄州立大学。团队采用低温、慢速的受控加热工艺，而非传统的高温完全熔化，让原子自行有序排列，形成由三种组分紧密咬合、相互连接的原子架构，避免了常规合金中常见的微观缺陷。

性能数据十分突出：该材料压缩屈服强度超过2吉帕（GPa），同时仍保留延性（可弯折而不脆断），强度约为钢的2倍、铝的3倍，约为同种合金常规工艺制品的2倍。其关键机制是一种应变诱导的全共格三相纳米架构，可在容纳不同难熔元素原子尺寸差异与晶格失配的同时，保持纳米结构的共格性与热稳定性。

这一成果的意义在于范式转移。一个多世纪以来，合金开发主要聚焦于成分与工艺。聂教授指出，该研究表明原子在制造过程中如何自组装可能同样重要。难熔高熵合金因含多种原子尺寸差异巨大的难熔元素，极难制成大块无缺陷件，此前成果多局限于涂层、薄膜或微米级样品，这也是其长期难以走向工程应用的核心瓶颈。莫纳什团队首次在块状金属中实现了原子的自组装无缺陷结构，打开了通往此前被认为不可企及的材料性能的大门。

从产业前景看，难熔高熵合金被视为航空航天、燃气轮机、核能与国防等极端环境应用的下一代候选材料。难熔元素（铪、钽、铌、锆等）多属关键矿物，其供应链与全球关键矿物贸易格局紧密相关。聂教授还指出，新思路或可以更少的合金元素、靠内部结构设计达成更优性能，有望推动更高效、可持续、低成本的合金生产。团队下一步将研究驱动此类结构形成的原子尺度相互作用，并探索该概念在其他金属体系中的推广。 （来源：AZoM）