负混合焓合金化推动高强韧合金发展

韩晓东1,2，安子冰1，毛圣成2，龙海波2，杨鲁岩2，张泽3（1 南方科技大学材料科学与工程系；2 北京工业大学材料科学与工程学院 固体微结构与性能北京市重点实验室；3 浙江大学材料科学与工程学院）

摘要：金属材料强度与塑性的协同提升始终是材料科学领域的核心挑战。由于材料的强度和塑性受位错可动性制约，2 者通常难以协同兼顾，多主元合金(高熵合金)的出现为走出这一困境提供了新思路。相对于常规的固溶强化合金，多主元合金具有更大的晶格畸变，位错运动需要克服更高和更频繁的能量起伏，耗费更大的能量，合金流变应力随应变增加而增加，使得一些合金获得了较大加工硬化能力和强塑性协同提升。然而，该领域至少存在2个关键科学问题需要深入研究：(1) 多主元合金是完全理想的随机混合结构吗？是否需要规范其局域乃至多级微观结构来实现优异性能？(2) 如何规范和调控多主元合金微观结构？本文从规范和调控多主元合金微观结构出发，提出用负混合焓(负焓)合金化方法在原子尺度加工合金微观结构的学术思想，系统阐述利用负焓合金化方法实现合金强度与塑性协同提升，并揭示强韧化新机理。负焓合金化具有金属材料微观结构调控的3 重效应：键能与慢扩散效应、局部化学有序效应、界面和尺寸效应，其为高强韧金属材料的微观结构在原子尺度设计加工提供了新维度和新范式。

关键词：金属结构材料，强度，塑性，负混合焓，强韧化，负混合焓合金化