超彈合金以無擴散的馬氏體相變為基礎，在航空航天、汽車製造以及消費電子等領域已獲得諸多應用。隨著對深空領域的探索力度增加，對探測器上的部件則要求必須適應晝夜交替帶來的工作環境溫度的急劇變化，如火星晝夜溫度範圍為80~290K，溫度變化區間達170K，而月球晝夜溫度範圍為100~400K，溫度變化區間高達300K的跨度。為了保證元件在寬溫域內實現較高的承載能力進而安全服役，還需要目標合金具有較高的超彈臨界應力和斷裂強度。因此，發展出兼具高超彈應力和寬溫域超彈性的合金材料，對滿足航空航天和汽車行業等服役環境需要具有重要意義。
北京科技大學呂昭平教授課題組和合作者基於多組元合金的成分設計理念，在TiZrHfCoNiCu合金體系內，開發出一系列在低溫區寬溫域內具有高臨界屈服應力、斷裂強度以及超彈性的高熵金屬間化合物。其中的典型高熵金屬間化合物超彈溫度區間達到220K，屈服強度高於500MPa，斷裂強度高於2700MPa，在77K時具有4.3%的可回覆應變，並且具有相對TiNi超彈合金更低的相變熵和超彈應力溫度敏感係數。該工作目前發表在Materials Horizons上。
論文連結：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/MH/D1MH01612A
利用原位同步輻射表徵其載入-解除安裝過程和降溫過程中的結構變化行為，發現其與常規超彈合金不同，僅出現了應力誘導B2-B19’馬氏體相變，無溫度誘導相變產生，且相變過程進展緩慢。透過中子衍射精修發現該類高熵金屬間化合物具有B2結構，TiZrHf佔據其中一個亞陣點，CoCuNi佔據另一個亞陣點，但三種元素在各自的亞陣點上化學無序。進一步利用透射電鏡和三維原子探針技術，發現這種長程有序B2結構中的亞陣點化學無序使其易於出現明顯的化學成分波動，例如存在富Hf和富NiCo的奈米區域。利用相場模型計算得到，這些成分分佈不同的區域表現出不同的馬氏體相變傾向並相互限制，最終導致了獨特的馬氏體相變行為和超彈效能。
圖為利用三維原子探針觀測到的化學成分波動以及利用相場模擬計算得到的不同區域馬氏體變體選擇
上述透過多組元合金的局域成分波動開發優異效能的合金不僅可為開發新型超彈合金提供一定的參考，也為理解馬氏體相變提供了新的素材。（文：隱士）
*感謝論文作者團隊對本文的大力支援。
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。歡迎轉載請聯絡，未經許可謝絕轉載至其他網站。
