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西安交大科研團隊在特種功能合金領(lǐng)域取得重要進展

研發(fā)快訊 2025年07月29日 11:15:34來源:西安交通大學(xué) 1041
摘要前沿院馬天宇教授團隊基于多主元交互效應(yīng)思想,設(shè)計出了一種高強度寬溫域負(fù)熱膨脹Fe-Co-Ni-Ti多主元合金。該工作為發(fā)展高強度負(fù)膨脹合金提供了新思路,也為大溫差高載荷環(huán)境服役的負(fù)膨脹材料提供了重要候選。

  【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 負(fù)熱膨脹材料是降溫時產(chǎn)生反常膨脹(即熱縮冷脹)的特種功能材料,在精密傳動等高技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊??仗齑鬁夭顝?fù)雜環(huán)境應(yīng)用要求負(fù)膨脹材料不僅服役溫域?qū)挘揖邆淞己玫臋C械承載性。然而,多數(shù)負(fù)膨脹材料為本征脆性的金屬間化合物,強度不足;盡管少部分具有負(fù)熱膨脹效應(yīng)的一級相變合金力學(xué)性能良好,但存在服役溫域窄的先天不足。因此,亟需研發(fā)同時具有高強度和寬使用溫域的負(fù)膨脹材料,從而滿足上述苛刻要求。
 
  近期,前沿院馬天宇教授團隊基于多主元交互效應(yīng)思想,設(shè)計出了一種高強度寬溫域負(fù)熱膨脹Fe-Co-Ni-Ti多主元合金。該體系的FCC基體降溫時發(fā)生單胞膨脹結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,從而產(chǎn)生負(fù)熱膨脹效應(yīng);微米尺度的BCC淬火馬氏體和納米尺度的有序FCC顆粒提供強化效應(yīng),并約束FCC基體的相變動力學(xué),從而使其具有高強度和寬使用溫域。通過簡單的熱處理調(diào)控異質(zhì)相體積分?jǐn)?shù),不僅可以進一步提高合金的強度,還可以拓寬負(fù)熱膨脹溫域,甚至獲得零膨脹效應(yīng)。經(jīng)成分和工藝優(yōu)化后,合金負(fù)膨脹溫域超過200K,可滿足航空工業(yè)服役需求;抗壓強度可達2.64 GPa,高于公開報導(dǎo)報道的其他負(fù)膨脹材料(圖1)。因此,該工作為發(fā)展高強度負(fù)膨脹合金提供了新思路,也為大溫差高載荷環(huán)境服役的負(fù)膨脹材料提供了重要候選。
 
 

 

  圖1 FeCoNiTi合金的熱膨脹曲線、壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線、主要性能指標(biāo)與其他負(fù)熱膨脹材料的比較
 
  相關(guān)工作以《超強負(fù)熱膨脹多主元合金》(“Ultrastrong Negative Thermal Expansion Compositionally Complex Alloy”)為題在線發(fā)表于材料領(lǐng)域國際頂級期刊《先進材料》(Advanced Materials)。西安交通大學(xué)前沿科學(xué)技術(shù)研究院為論文第一通訊單位。合作者包括杭州電子科技大學(xué)劉孝蓮博士團隊、四川大學(xué)劉暢博士、前沿院梁傳鑫博士和張華磊教授團隊。前沿院助理教授茍峻銘博士和博士研究生潘贇同學(xué)為論文第一作者,劉暢博士、梁傳鑫博士和馬天宇教授為論文通訊作者。
 
  研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金項目和金屬材料強度全國重點實驗室等支持。
 
  論文鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.202507767
 
  馬天宇教授課題組主頁:http://gr.xjtu.edu.cn/web/matianyu/home
 
  文字:  前沿院
 
  編輯:  王愷悅
 

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