新型金属间化合物刷新疲劳极限
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2026-05-06 04:22:24
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香港城市大学教授杨涛团队、教授吕坚团队联合哈尔滨工业大学（深圳）教授赵怡潞团队、南方科技大学教授韩晓东团队，在块体金属间化合物抗疲劳损伤设计方面取得突破。团队研制出一种新型核壳结构金属间化合物，疲劳极限突破千兆帕，并超过材料自身屈服强度，打破了“疲劳极限低于屈服强度”的传统认知。相关成果近日发表于《自然·通讯》。
金属间化合物因独特的长程有序结构，在强度和高温稳定性方面具有显著优势，被认为是航空航天、核能等极端环境下的重要候选材料。然而，这类材料长期面临晶界脆性和疲劳性能不足的问题，室温疲劳极限普遍低于400兆帕，严重限制了在实际工程中的应用。
针对这一挑战，团队开创性提出了“多组元共生”设计策略，以钴镍铝钛钽钒硼合金多组元L12型金属间化合物为模型体系，通过调控钴与硼元素在晶界处的协同偏聚，成功在晶界原位构筑了厚度约2纳米的面心立方结构无序界面层。这种无序界面层就像“软垫子”，不仅有效消解了有序晶界的本征脆性，还作为位错发射源，激活了超位错、层错和纳米孪晶等多种变形机制，有效缓解应力集中，抑制疲劳开裂。
数据显示，这一新型合金材料在室温下表现出优异的综合力学性能，屈服强度约1.0吉帕、抗拉强度达1.7吉帕，且均匀延伸率高达33%，实现了强度与塑性的协同跃升。其疲劳极限高达1100兆帕，为屈服强度的1.1倍。
研究团队认为，这项研究成果有助于加深对金属间化合物疲劳行为的基础认识，同时也为新一代高可靠性金属间化合物的设计与应用提供了重要支撑。（记者代小佩）
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