天目山實驗室新成果！“全溫域”新型合金有望破解航天材料“冰火兩重天”難題

天目山實驗室內，一塊銀灰色的金屬樣品，正經歷着-100℃~800℃的極端溫度考驗。日前，這項攻克材料界“冰火兩重天”困境的突破性成果，登上國際材料領域頂刊《Acta Materialia》，引發全球航空航天材料領域高度關注。

傳統合金如超高強度的鋼，雖在常溫下表現出色，可一旦溫度升至600℃以上便強度驟降，難以滿足航天器結構件、航空發動機熱端部件及深空探測裝備對材料“全溫域”性能的嚴苛需求。“合金就像魚和熊掌，高強度、高韌性難以兼得。”天目山實驗室章程研究員指着電子顯微鏡圖像和應力-應變曲線說，天目山實驗室先進合金設計與製備團隊利用多種強化機制，開發出一種適用於室溫到高溫的鐵基高熵合金，實現了寬溫域（室溫到800°C）的高強高韌性。

據悉，天目山實驗室先進合金設計與製備團隊章程研究員與趙士騰教授，攜手北京航空航天大學、北京科技大學、鋼鐵研究總院及美國加州大學伯克利分校科學家，創新融合多種強化與變形機制，在特殊設計的鐵基高熵合金中植入納米析出相與複雜成分陶瓷結構。

“多主元組成的高熵合金，可以擁有極大的成分範圍以及多種強化與變形機制。通過合金成分的精密設計和微觀結構的調控，研究人員成功引入了納米析出相和分散的複雜成分陶瓷，解決了合金在寬溫域難以保持高強高韌性的難題。”章程研究員介紹，這一微觀結構的精密調控，賦予材料跨越溫域的卓越性能：在常溫下，拉伸強度高達1.8吉帕，同時延伸率超過20%，綜合性能超越傳統超高強度鋼。即便在800℃高溫環境下，其屈服強度仍接近600兆帕，延伸率同樣保持在20%以上，成功規避了現有鎳基超級合金的高溫脆化風險。

“這項技術可以讓探測器在金星地表400℃熔爐和背陰面零下百度的冰獄間自由穿行！”章程研究員以太陽系探測爲例，揭示材料的革命性價值——該合金在商業航天渦輪泵、航空發動機葉片等關鍵部件中展現非常大的潛力。此項突破標誌着天目山實驗室高性能航空材料智能化設計與製造平臺在先進航空航天合金材料體系研發方面取得了重要技術進展，實現了材料基因組工程與智能製備技術的深度融合。

章程研究員透露，目前，研發團隊已鎖定新目標，深入解析合金中多相組織的協同機制，繪製性能調控圖譜；研發耐受1200℃-1400℃的難熔高熵合金，瞄準新一代航空發動機；開展抗宇宙射線材料研究，爲深空探測築牢防線。