1、一種適用于3D打印金屬力學(xué)性能的預(yù)測模型

據(jù)南方科技大學(xué)官網(wǎng)報(bào)道，南方科技大學(xué)機(jī)械與能源工程系副教授王帥團(tuán)隊(duì)在金屬增材制造領(lǐng)域取得研究進(jìn)展，相關(guān)論文以“Evolution of dislocation cellular pattern in Inconel 718 alloy fabricated by laser powder-bed fusion”為題發(fā)表在增材制造領(lǐng)域頂刊Additive Manufacturing。研究團(tuán)隊(duì)提出了一種適用于3D打印金屬力學(xué)性能的預(yù)測模型，有助于3D打印金屬的性能控制理論的發(fā)展，以期實(shí)現(xiàn)航空航天、新能源等關(guān)鍵領(lǐng)域關(guān)鍵裝備的“控形-控性”一體化高品質(zhì)制造。南方科技大學(xué)機(jī)械與能源工程系研究助理教授何明琳為論文第一作者，王帥為論文通訊作者。南科大是論文第一單位。該項(xiàng)目得到了國家自然科學(xué)基金以及深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)的支持。

2. 金屬材料拉伸與疲勞性能預(yù)測

據(jù)中科院金屬所報(bào)道，金屬研究所張哲峰團(tuán)隊(duì)長期堅(jiān)持材料疲勞與斷裂基礎(chǔ)理論研究。近來，在加工硬化微觀機(jī)制研究基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)成員張振軍項(xiàng)目研究員提出了新的位錯(cuò)湮滅模型，并通過考慮初始組織狀態(tài)與合金成分對(duì)加工硬化的影響，建立了單相金屬材料普適性硬化模型-指數(shù)硬化模型；基于該ESH模型，博士生曲展在張振軍項(xiàng)目研究員的指導(dǎo)下，建立了三類鋁合金加工硬化指數(shù)與時(shí)效過程中析出相性質(zhì)及幾何特征之間的定量關(guān)系，提出了變形鋁合金時(shí)效過程對(duì)加工硬化能力提升的析出相控制原理；為了建立金屬結(jié)構(gòu)材料拉伸性能與疲勞性能之間定量關(guān)系，該團(tuán)隊(duì)成員劉睿博士建立了金屬結(jié)構(gòu)材料高周疲勞強(qiáng)度預(yù)測模型；在疲勞裂紋擴(kuò)展預(yù)測模型方面，最近李鶴飛博士在團(tuán)隊(duì)成員張鵬研究員的指導(dǎo)下，建立了以靜態(tài)力學(xué)性能預(yù)測其疲勞裂紋擴(kuò)展速率模型。將上述金屬材料拉伸性能和疲勞性能定量預(yù)測模型聯(lián)合起來，可以實(shí)現(xiàn)通過測試金屬結(jié)構(gòu)材料少數(shù)組織狀態(tài)的拉伸性能快速預(yù)測和優(yōu)化其疲勞性能的功能，為金屬結(jié)構(gòu)材料疲勞性能預(yù)測與優(yōu)化軟件研發(fā)奠定理論基礎(chǔ)，也為金屬結(jié)構(gòu)材料及工程構(gòu)件抗疲勞設(shè)計(jì)與制造提供理論支撐。

3. 西安交大、吉林大學(xué)、南京理工大學(xué)等聯(lián)合團(tuán)隊(duì)與海外合作者《Nature》發(fā)文報(bào)道在超高強(qiáng)塑性納米合金研究方面取得進(jìn)展

吉林大學(xué)韓雙副教授，澳大利亞悉尼大學(xué)廖曉舟教授，西安交通大學(xué)丁向東教授和馬恩教授，南京理工大學(xué)沙剛教授（共同通訊作者）證明了納米晶NiCo固溶體雖然仍然是面心立方單相，但顯示出約2.3GPa的拉伸強(qiáng)度和約16%的拉伸斷裂應(yīng)變，具有可觀的延展性。究其原因，通過高濃度固溶體中的成分波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了這種不尋常的抗拉強(qiáng)度和延展性。具體來講，本文基于自下而上的脈沖電化學(xué)沉積工藝，成分起伏使層錯(cuò)能和晶格應(yīng)變在1到10 nm范圍內(nèi)的長度尺度上發(fā)生空間變化，從而明顯影響位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。盡管納米晶粒內(nèi)部的空間非常有限，但位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)變得緩慢，促進(jìn)了它們的相互作用、互鎖和積累。結(jié)果表明，流動(dòng)應(yīng)力增加，同時(shí)促進(jìn)了位錯(cuò)儲(chǔ)存，增加了應(yīng)變硬化，從而增加了延展性。同時(shí)，沿位錯(cuò)線的鏈段脫陷需要較小的活化體積，因此應(yīng)變速率敏感性增加，這也穩(wěn)定了拉伸流動(dòng)。相關(guān)研究成果以“Uniting tensile ductility with ultrahigh strength via composition undulation”為題發(fā)表在Nature上。

4、利用晶界弛豫效應(yīng)在純銅中突破金屬純度-穩(wěn)定性倒置關(guān)系難題

據(jù)中科院官網(wǎng)報(bào)導(dǎo)，近期，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心納米金屬材料科學(xué)家工作室團(tuán)隊(duì)通過在高純金屬銅中引入晶界弛豫效應(yīng)，使得高純銅同時(shí)表現(xiàn)出高熱穩(wěn)定性和高強(qiáng)度，從而突破了金屬純度-穩(wěn)定性倒置關(guān)系難題。該團(tuán)隊(duì)選擇了99 wt.%-99.9999 wt.%（2N-6N）五種不同純度的金屬銅，利用表面機(jī)械碾磨制備了晶粒尺寸及梯度分布情況都接近的銅棒樣品；并基于前期研究工作（純銅中變形誘導(dǎo)晶界弛豫臨界晶粒尺寸約為70 nm），在不同純度銅棒樣品中取平均晶粒尺寸約60 nm和100 nm的樣品進(jìn)行比較研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)100 nm晶粒隨樣品純度增加，其熱穩(wěn)定性顯著降低，與傳統(tǒng)教科書上的理論一致（即雜質(zhì)原子釘扎晶界，提高穩(wěn)定性）；而60 nm晶粒隨樣品純度增加，其熱穩(wěn)定性反常提升。通過實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)合分子動(dòng)力力學(xué)模擬，該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)由于晶界處雜質(zhì)原子的存在，晶界在變形過程中發(fā)射孿晶或?qū)渝e(cuò)變得更困難，從而阻礙了晶界結(jié)構(gòu)弛豫過程；同時(shí)發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)原子的存在使得弛豫后的晶界能量相對(duì)于高純度樣品略微增加。因此，在純度較低的樣品中，晶界弛豫變得更加困難，弛豫效應(yīng)降低，導(dǎo)致其熱穩(wěn)定性低于弛豫態(tài)高純樣品。眾所周知，金屬材料存在本征的性能“倒置關(guān)系”困境：金屬純度越高，強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性越低；純金屬強(qiáng)度越高，熱穩(wěn)定性越低。本工作中晶界弛豫態(tài)納米晶銅樣品純度越高，強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性同步提升。以上工作由中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心納米金屬材料科學(xué)家工作室團(tuán)隊(duì)和蘭州理工大學(xué)薛紅濤團(tuán)隊(duì)合作完成。沈陽材料科學(xué)國家研究中心博士生傅皇留、周鑫副研究員為共同第一作者，盧柯院士、李秀艷研究員為通訊作者。相關(guān)研究成果以“Breaking the purity-stability dilemma in pure Cu with grain boundary relaxation”為題在《今日材料》（Materials Today）上發(fā)表。

5、基于原位暗場顯微鏡平臺(tái)、結(jié)合超分辨技術(shù)揭示了MOF單晶生長的決定因素

據(jù)中科院官網(wǎng)報(bào)導(dǎo)，周小春團(tuán)隊(duì)與武漢大學(xué)教授鄧鶴翔團(tuán)隊(duì)合作，首次基于原位暗場顯微鏡平臺(tái)、結(jié)合超分辨技術(shù)揭示了MOF單晶生長的決定因素。研究采用實(shí)驗(yàn)室自主搭建的暗場顯微鏡平臺(tái)，原位觀察五種典型的不同維度MOF晶體從小到大的生長過程。研究運(yùn)用超分辨技術(shù)（super-resolution, super-line）追蹤晶體邊界延伸過程，獲得顯微鏡視野下每顆晶體的生長曲線。研究利用自制的流動(dòng)池（Flow cell）調(diào)控晶體生長條件如反應(yīng)物濃度和生長溫度，首次獲得MOF晶體生長時(shí)金屬離子與有機(jī)配體的反應(yīng)級(jí)數(shù)和活化能等動(dòng)力學(xué)信息。不同的MOF體系具有不同的反應(yīng)級(jí)數(shù)，且與對(duì)應(yīng)MOF的分子式不一致，意味著反應(yīng)物在形成生長單元的過程中是多步驟的反應(yīng)。科研人員基于統(tǒng)計(jì)獲得的反應(yīng)級(jí)數(shù)準(zhǔn)確值探究晶體生長可能的機(jī)理，提出MOF-2體系中次級(jí)單元組裝和碎片化的生長機(jī)制。此外，交替改變生長溶液和溶劑對(duì)所獲晶體生長曲線分析發(fā)現(xiàn)，晶體生長存在可逆的過渡層，且過渡層的厚度僅與晶體生長尺寸有關(guān)。相關(guān)研究成果以Determining factors in the growth of MOF single crystals unveiled by in situ interface imaging為題，發(fā)表在Chem上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金等的支持。

6. 利用常規(guī)熱處理與熱加工實(shí)現(xiàn)超細(xì)晶含銅鈦合金大尺寸制備

據(jù)中科院官網(wǎng)報(bào)導(dǎo)，中國科學(xué)院金屬研究所楊柯團(tuán)隊(duì)成員任玲、王海等運(yùn)用“雙相殼層包裹超細(xì)等軸晶”的顯微組織設(shè)計(jì)思想，從熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)兩方面提高超細(xì)晶鈦合金組織熱穩(wěn)定性，并利用常規(guī)熱處理與熱加工的工藝組合，實(shí)現(xiàn)了上述顯微組織的大尺寸制備，解決了超細(xì)晶鈦合金制備加工難、組織穩(wěn)定性差的問題，獲得了性能優(yōu)異和熱穩(wěn)定性高的超細(xì)晶含銅鈦合金。在前期研究的基礎(chǔ)上，科研人員提出“共析元素合金化→淬火→熱變形”（EQD）的超細(xì)晶含銅鈦合金的制備策略，實(shí)現(xiàn)了雙相殼層包裹超細(xì)等軸晶的顯微組織的設(shè)計(jì)思想。該策略通過常規(guī)的熱加工設(shè)備實(shí)現(xiàn)了α-Ti晶粒尺寸在90-500 nm范圍內(nèi)的超細(xì)晶Ti6Al4V5Cu合金的大尺寸制備。同時(shí)，研究利用熱變形過程中形成的β/Ti2Cu雙相蜂窩殼結(jié)構(gòu)包覆α晶粒，顯著提高了超細(xì)等軸晶組織的熱穩(wěn)定性，使材料的失穩(wěn)溫度提高至973 K（0.55Tm）。超細(xì)晶Ti6Al4V5Cu合金的室溫拉伸強(qiáng)度最高達(dá)到1.5 GPa，延伸率超過10%。在650℃和應(yīng)變速率為0.01 s-1條件下，其拉伸延伸率超過1000%，實(shí)現(xiàn)了超塑性變形。此外，超細(xì)晶Ti6Al4V5Cu合金在高溫拉伸的熱力耦合條件下未發(fā)生晶粒的粗化長大。EQD策略實(shí)現(xiàn)了TiCu、TiZrCu等其他鈦合金的高性能、高熱穩(wěn)定性超細(xì)晶組織的制備，并已拓展至包括鋼鐵材料在內(nèi)的其他合金體系，為超細(xì)晶金屬材料的制備提供了新途徑，這對(duì)超細(xì)晶金屬材料的設(shè)計(jì)和研究具有重要意義。4月19日，相關(guān)研究成果以Manufacture-friendly nanostructured metals stabilized by dual-phase honeycomb shell為題，在線發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。

7. 方峰教授團(tuán)隊(duì)在高熵合金電催化分解水制氫研究取得新進(jìn)展

據(jù)東南大學(xué)官網(wǎng)報(bào)道，材料科學(xué)與工程學(xué)院方峰教授團(tuán)隊(duì)在高熵合金電催化電解水制氫取得新進(jìn)展，研究成果在環(huán)境領(lǐng)域國際頂級(jí)期刊Applied Catalysis B: Environmental (IF:19.5)在線發(fā)表。博士生王世琦為第一作者，方峰教授為論文通訊作者，這是該團(tuán)隊(duì)在前期研究工作（Chem. Eng. J. ,429 (2022) 132410）基礎(chǔ)上的新進(jìn)展。該研究采用磁控濺射法在碳布基底上沉積FeCoNiCuPd薄膜，制備的高熵催化劑具有優(yōu)異的HER和OER催化活性，可作為穩(wěn)定雙功能電催化劑，在高電流條件下實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的整體水電解。高熵合金薄膜豐富的活性位點(diǎn)和高熵雞尾酒效應(yīng)是增強(qiáng)堿性 HER 活性的主要因素，由于OER過程中催化劑表面重構(gòu)，生成多組分羥基氧化物。(FeCoNi)OOH有助于降低 OER 的 RDS (O*→OOH*) 能壘，從而加速 OER 過程。該工作為開發(fā)高效穩(wěn)定高熵催化劑提供了新思路，對(duì)高熵催化劑表征及其機(jī)理研究也具有借鑒意義。

8. 孫文文等《Acta Materialia》：高熵合金中發(fā)現(xiàn)珠光體結(jié)構(gòu)，伴隨優(yōu)異熱穩(wěn)定及耐磨性

東南大學(xué)孫文文教授團(tuán)隊(duì)在金屬材料頂級(jí)期刊《Acta Materialia》上以“A new strong pearlitic multi-principal element alloy to withstand wear at elevated temperatures”為題發(fā)表學(xué)術(shù)論文，研究團(tuán)隊(duì)在FeCoNiTi基高熵合金中提出了一種通過經(jīng)典共析轉(zhuǎn)變（A→B+C）而形成的珠光體結(jié)構(gòu)，用以提升珠光體組織在室溫以及一系列高溫環(huán)境下的耐磨性能以及熱穩(wěn)定性。研究人員發(fā)現(xiàn)，與鋼鐵材料的相變相似，高熵合金中也可以發(fā)生共析反應(yīng)而產(chǎn)生珠光體結(jié)構(gòu)，共析轉(zhuǎn)變發(fā)生于500°C至650°C，共析反應(yīng)為FCC→BCC+Ni3Ti，片層結(jié)構(gòu)由BCC相和Ni3Ti相片層交替排列而成。由于高熵合金中的遲滯擴(kuò)散效應(yīng)導(dǎo)致高熵珠光體的片層狀結(jié)構(gòu)比鋼中珠光體更精細(xì)，因此珠光體高熵合金的硬度更高且在500°C和550°C時(shí)具備良好的熱穩(wěn)定性。同時(shí)，與鋼中的珠光體結(jié)構(gòu)類似，多主元珠光體的片層間距也隨共析轉(zhuǎn)變溫度的升高而增大，同時(shí)硬度隨片層間距的增大而降低。該珠光體高熵合金不僅在室溫下具備優(yōu)異的耐磨性能（磨損率~2×10-5mm3/Nm），在550℃與600℃的環(huán)境下耐磨性能依然良好（磨損率<3×10-5mm3/Nm），低于相同溫度下一系列高速鋼或已開發(fā)的耐磨多主元合金。磨料磨損是該高熵合金在室溫下的主要磨損機(jī)制，磨損速率與硬度呈典型的負(fù)相關(guān)關(guān)系，符合Archard定律。氧化和剝層磨損是該合金在高溫下的主要磨損機(jī)制，這是因?yàn)樵谀ズ郾砻嫘纬闪酥旅艿谋Ｗo(hù)性氧化層，以及具有足夠熱強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性的高加工硬化納米再結(jié)晶層。因此，高熵合金中的珠光體結(jié)構(gòu)是一種值得進(jìn)一步研究和優(yōu)化的具有極端環(huán)境應(yīng)用前景的高性能結(jié)構(gòu)，同時(shí)該研究為耐磨多主元合金的開發(fā)提供了新的思路。

9. 超粗晶硬質(zhì)合金的高溫力學(xué)行為

據(jù)北京工業(yè)大學(xué)官網(wǎng)報(bào)導(dǎo)，北京工業(yè)大學(xué)等單位的研究人員發(fā)現(xiàn)Ta對(duì)硬質(zhì)合金力學(xué)性能的貢獻(xiàn)主要取決于TaC或Ta的存在形式和位置。為此，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分析超粗晶硬質(zhì)合金的晶粒形貌、應(yīng)力分布和位錯(cuò)形態(tài)，研究了TaC對(duì)超粗晶硬質(zhì)合金高溫壓縮行為的影響。建立了抗壓強(qiáng)度、WC連續(xù)度和位錯(cuò)形態(tài)與溫度和TaC加入量的關(guān)系。在一系列實(shí)驗(yàn)表征和應(yīng)力計(jì)算的基礎(chǔ)上，提出了Ta溶入WC強(qiáng)化超粗晶硬質(zhì)合金的機(jī)理，相關(guān)論文以題為“High-temperature mechanical behavior of ultra-coarse cemented carbide with grain strengthening”發(fā)表在Journal of Materials Science & Technology。研究發(fā)現(xiàn)添加TaC的超粗硬質(zhì)合金中WC晶粒在WC/Co相界的連續(xù)性較低，并具有圓弧邊緣的特征形貌。在相同的超粗晶粒尺寸水平下，與未添加TaC的硬質(zhì)合金相比，添加TaC的硬質(zhì)合金在高溫下的抗壓強(qiáng)度明顯提高。

10. 高熵誘導(dǎo)的金屬玻璃中的玻璃-玻璃轉(zhuǎn)變發(fā)表在《Nature Communications》

據(jù)江蘇科技大學(xué)官網(wǎng)報(bào)道，江蘇科技大學(xué)海洋裝備研究院丁紅瑜博士與清華大學(xué)姚可夫教授課題組合作，在高熵金屬玻璃的玻璃-玻璃轉(zhuǎn)變研究方面近期取得重要進(jìn)展。4月21日，研究工作以“高熵誘導(dǎo)的金屬玻璃中的玻璃-玻璃轉(zhuǎn)變”（High-entropy induced a glass-to-glass transition in a metallic glass）為題，發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）上。在本論文中，研究者們制備了一種包含五種金屬元素（Nb，Ni，Zr，Ti，Co）的合金，這五種元素以等原子比形式存在，通過快速冷卻的方法得到了高熵金屬玻璃。研究發(fā)現(xiàn)，制備的NbNiZrTiCo高熵金屬玻璃在加熱過程中觀察到了顯著的玻璃-玻璃轉(zhuǎn)變，且與玻璃-玻璃轉(zhuǎn)變現(xiàn)象所對(duì)應(yīng)的放熱量比在之后更高溫度下發(fā)生的晶化過程的放熱量更大。通過同步輻射X射線衍射、透射電子顯微鏡、以及三維原子探針的進(jìn)一步分析，排除了晶化和調(diào)幅分解的可能，并確認(rèn)了玻璃-玻璃轉(zhuǎn)變的發(fā)生。此外，對(duì)樣品進(jìn)行的原位同步輻射X射線衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，玻璃-玻璃轉(zhuǎn)變前后的樣品仍保持非晶態(tài)結(jié)構(gòu)特征，但其雙體分布函數(shù)中第一峰發(fā)生非線性變化，且第二峰發(fā)生顯著劈裂，表明結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。非晶結(jié)構(gòu)的變化也引起了性能的顯著變化，玻璃-玻璃轉(zhuǎn)變后，硬度和楊氏模量分別增加了40%和10%左右。