天目山实验室在宽温域用高性能航空航天合金领域取得重要进展

近日，天目山实验室先进合金设计与制备团队的章程研究员与赵士腾教授，联合北京航空航天大学、北京科技大学、钢铁研究总院及美国加州大学伯克利分校在宽温域用高性能航空航天合金领域取得重要进展。相关成果以“INTEGRAting Diverse Strengtheners Empowers a Ferrous High-Entropy Alloy at Ambient and Elevated Temperatures”为题发表在国际材料领域顶刊《Acta Materialia》上，天目山实验室为第一完成单位。

国际材料领域顶刊《Acta Materialia》(中科院一区TOP期刊,影响因子9.3)于2025年7月9日在线刊登了天目山实验室先进合金设计与制备团队最新研究成果“INTEGRAting Diverse Strengtheners Empowers a Ferrous High-Entropy Alloy at Ambient and Elevated Temperatures”。该团队利用多种强化机制，开发出一种适用于室温到高温的铁基高熵合金，实现了宽温域（室温到800°C）的高强高韧性，具有在航空航天领域可观的潜在应用前景。

天目山实验室全职研究员章程、天目山实验室青年科学家赵士腾教授、郭洪波教授以及加州大学伯克利分校Ritchie教授为本文的共同通讯作者，由章程研究员和赵士腾教授共同指导的北航天目山班材料专业博士生高威为第一作者，天目山实验室为第一完成单位。共同作者还包括天目山实验室高性能航空材料与先进制造研究中心刘茂文副研究员、鲁园园副教授、郑瑞晓教授和马朝利教授等。该研究受到浙江省自然科学基金重大项目和国家重点研发计划项目的资助。这是该天目山实验室属地团队继年初开发出新型高温难熔多主元合金（相关成果发表于《Scripta Materialia》）后，又一重要科研成果。

受限于极其有限的强化与变形机制，传统合金难以适应宽温域的应用需求。例如，超高强度钢在室温下具有高强度，但是随着温度的增加，特别是到了600°C及以上的温度，强度会大幅下降，难以满足应用需求。而由多主元组成的高熵合金，可以拥有极大的成分范围以及多种强化与变形机制。通过合金成分的精密设计和微观结构的调控，研究人员在 Fe-28.2Ni-17Co-11Al-2.5Ta-0.5C-0.04B (at.%)合金中，成功引入了纳米析出相和分散的复杂成分陶瓷，如图1所示，解决了合金在宽温域难以保持高强高韧性的难题。

在室温下，该合金逐步利用位错滑移、形变孪晶和马氏体相变，获得了高强高韧性，拉伸强度达到1.8GPa, 延伸率超过20%，力学性能超越超高强度钢。在800°C下，利用纳米析出相与复杂成分陶瓷，该合金的屈服强度接近600MPa，延伸率超过20%，不仅保障了合金的高温强度，还通过强化晶界避免了现有多晶镍基超级合金常出现的高温脆化。利用多种强化机制和变形机制的复合效应，该合金在宽温域保持了优异的力学性能（图2）。该研究成果可广泛应用于商业航天器结构件、深空探测装备及航空发动机热端部件等领域，为上述应用场景提供具有优异力学性能和高温稳定性的新型合金材料。此项突破标志着天目山实验室高性能航空材料智能化设计与制造平台在先进航空航天合金材料体系研发方面取得了重要技术进展，实现了材料基因组工程与智能制备技术的深度融合。