钟云波、南理工朱运田:提升高强超细晶共晶高熵合金应变硬化能力

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对于金属材料而言，将晶粒细化到纳米/超晶粒可以使金属或合金强度提高数倍，但也带来了材料应变硬化能力的衰减或丧失，难以避免地表现出低塑性。兼具高强度和高延展性的材料一直受到各国研究者在科学研究、关键应用和节能减排等方面的迫切追求。近期，上海大学材料学院钟云波教授领导的“高性能结构功能材料超常冶金与制备”研究团队，关于提升高强超细晶共晶高熵合金应变硬化能力的最新研究成果以“Multistage work hardening assisted by multi-type twinning in ultrafine-grained heterostructural eutectic high-entropy alloys”为题，被国际顶尖杂志Materials Today(IF2019=26.416)接受和发表。

高熵合金

        共晶高熵合金是近年来广受关注的一种合金体系，具有良好的铸造流动性，凝固组织则具备规则排列的层状组织。已有的研究结果证明，共晶高熵合金特有的层片结构能够诱导显著的协同强化作用去改善力学性能，为金属材料的微观结构设计和最终性能调控提供了巨大的潜力。钟云波教授研究团队使用简单、可工业化的熔炼-轧制-热处理工艺，遗传了共晶高熵合金铸态共晶的层片结构，并依托结构异质、晶粒尺寸控制、晶内成分精调的三级设计思路，突破了共晶高熵合金伴随的中、高堆垛层错能，及超细晶结构带来的低孪生倾向不足，通过引入顺次激活的多类型孪生变形，同时复合两级尺度的异质变形硬化效应和变形后期自生的微裂纹捕捉机制，成功开发出一种顺次激活的多阶段应变硬化机制，在高强度的超细晶共晶高熵合金中引入了持续且有效的应变硬化能力，实现了共晶高熵合金的超优强塑性结合（合金屈服强度可达到~1.2 GPa，最终断裂强度达到~1.5 GPa，同时均匀塑性保持在~24%）。本工作开创性地提出了一种顺次激活的多阶段应变硬化机制，揭示出多级异质层片结构另一独特的强塑协同提升效应，为共晶合金的强塑化提供了一条独特的途径，也为高熵合金、轴承钢、工模具钢、高强高导高弹铜合金、高温合金、钛合金等先进材料的强塑性提升提供了全新的视角。

高熵合金

高熵合金

        该成果由上海大学、南京理工大学、美国北卡罗莱纳州立大学、美国田纳西大学和北京科技大学合作完成，其中上海大学为第一署名单位，上海大学钟云波教授、田纳西大学Peter K. Liaw教授和南京理工大学的朱运田教授为共同通讯作者，钟云波教授指导的上海大学2018级博士生时培建同学为第一作者，上海大学材料学院的任维丽教授、郑天祥副研究员、沈喆博士、杨兵硕士，李毅硕士生，北京科技大学的张勇教授，上海大学微结构中心彭建超实验师、胡鹏飞高级实验师，为合作署名作者。这也是继2019年在Nature Communications杂志之后，上海大学材料学院省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室首次在Materials Today杂志发表论文。这同时也是在徐匡迪院士提出的“聚焦行业今后10-20年中面临关键科学问题展开研究”的战略思想指导下，上海大学冶金学者取得的又一进展。本论文也得到教育部长江学者奖励计划、十三五重点研发计划重点项目、国家自然科学基金重点项目、中国科协青年托举人才计划的资助。


       文章来源：上海大学
       钟云波，男，1971年生，湖南浏阳人。博士，研究员，博士生导师，上海大学材料工程系副主任，日本铁钢协会海外会员。主要从事钢铁冶金、有色冶金和材料电磁制备领域的研究，研究方向涉及：强磁场下金属凝固及凝固中第二相颗粒行为控制、电化学、纳米材料制备及成型、均质偏晶合金材料制备、外场下金属材料热处理、金属熔体净化、有色金属提取等。发表论文100余篇，被SCI和EI收录50余篇次。获授权专利10项，获受理专利12项。先后承担国家自然科学基金青年基金、面上项目、教育部优秀博士论文作者基金、上海市重点基础、滇沪合作、宝钢集团、太原钢铁公司委托项目十余项，参与科技部重点基础预研、863计划、国家自然科学基金重点、杰出青年基金、上海市重大基础研究、重点攻关项目9项。近年来还与法国EPM Madylam实验室（Yves Fautrelle教授）、德国Forschungszentrum Rossendorf研究所（Gunter Gerbeth博士）、德国Dresden技术大学（Andreas Bund博士，项目合作）、日本大阪大学（Hideyuki Yasuda教授）等建立了合作交流关系。主讲冶金工程硕士研究生课程《金属凝固原理》、《Visual Basic 6.0 程序设计语言》、《连铸技术》及本科生课程《金属材料制备新技术》。
       朱运田，现任南京理工大学材料科学与工程学院院长，同时兼任美国北卡州立大学教授，曾任美国洛斯阿拉莫斯国家实验室材料物理与应用研究部超导技术中心纳米材料组组长，2007年加盟北卡州立大学。朱运田教授近年的研究主要集中在纳米相关的两个领域：纳米晶/超细晶金属与合金，炭纳米管的合成与应用。在《自然：材料》、《自然：纳米技术》、《自然通讯》、《物理评论快报》、《先进材料》等期刊发表论文250余篇。研究赢得了两项由美国宇航局《纳米科技简报》（Nanotech Briefs）组织评选的Nano50 Awards奖。由于在认识纳米材料变形机理和同时提高纳米材料强度与塑性方面的开创性工作，朱运田教授当选2010年度美国材料学会会士（ASM Fellow), 2012年度美国物理学会会士（APS Fellow)，并获得2010年度美国矿物、金属与材料学会材料加工与制造领域杰出科学家/工程师奖、北卡州立大学杰出研究奖。