新型高熵合金:谁说强度和延展性不可以相容！鱼与熊掌可以兼得！

香港城市大学（香港城大）团队早前成功研发名为Al7Ti7 （(FeCoNi)86Al7Ti7）的新型高熵合金，这种高熵合金在室温下强度达1.5 GPa（gigapascal），延展性达50%。透过纳米颗粒的强化，此高熵合金强度和以往以铁、钴、镍（FeCoNi）制成的合金相比，足足坚固5倍。它不但坚固，而且兼具延展性和韧性，攻破了强度和延展性不相容这个棘手难题，为未来研发创新的结构材料扫除障碍。

自人类开始制造钢铁等金属物质以来，一直面对一个问题︰如何在物料的强度得到增加时，仍然保持它良好的延展性。目前，大多数合金都依然存在同一个关键问题：合金的强度越高，其延展性和韧性却越小，即坚固的合金更难以变形或拉伸而不断裂。不过，由香港城大材料科学与工程学系刘锦川教授领导的一项研究，最近取得了突破，为这个纠结了数十年的难题找到了解决方法。他们提出，透过纳米级颗粒大量沉淀，制造既坚固且具延展性的高熵合金。“大部分常见的合金由一至两种主要元素，如镍和铁来制造。然而，我们发现通过在铁钴镍合金中加入铝和钛，形成大量沉淀颗粒后，这种新型高熵合金的强度和延展性都显著提高，解决了结构材料中两者难以兼得的关键问题。”刘教授解释说。

此外，高强度合金在塑性变形的过程中通常出现不稳定的状况，即颈缩（necking）问题，也就是说当合金受高拉伸力时，其变形会变得不稳定，很容易出现颈缩断裂（局部变形），只能作有限的均匀伸长，在香港城大材料科学及工程学系、大学杰出教授刘锦川教授的领导下，团队发现，加入「多组元金属间纳米颗粒」，即由不同元素原子组成的复合纳米颗粒，可以改善变形的不稳定性，令这种新型高熵合金的均匀变形能力大大提升。

这项尖端研究已经在顶尖学术期刊《科学》（Science）发表，题为《多组元金属间纳米颗粒和复合合金的优越机械性能》（Multicomponent intermetallic nanoparticles and superb mechanical behaviors of complex alloys）。

“这项研究为制造超级合金开拓了一种创新的设计策略，通过采用多组元纳米颗粒来强化复合合金，从而让新型合金在室温和高温下达至优越的机械性能。”刘教授说。

他相信，这种创新策略制造的新型高熵合金强度和延伸度表现优秀，能够在摄氏零下200度低温至1,000度高温的温度范围内都展示出良好性能，这些新合金将为进一步研发低温设备、飞机和航空高温系统以及其他领域的结构用途奠定稳健的基础。

科技发展是一个不断克服困难、不断寻求突破的过程。为提高合金的强度和延展性，科研人员们进行了长期，大量的复杂工作，从二元合金到多元合金，学者们一直在不断探索，相信终有一天，我们会找到新型高熵合金强度和延伸度的完美平衡。

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