【哈程大】1000℃超高温材料新解！我校提出增材制造新策略破解难熔高熵合金“强度-塑性”矛盾

工程大学

1000℃超高温材料新解！我校提出增材制造新策略破解难熔高熵合金“强度-塑性”矛盾

哈尔滨工程大学持续深入贯彻落实*近平***视察学校重要讲话重要指示精神，为服务高水平科技自立自强贡献智慧与力量。近日，哈工程材料科学与工程学科姜风春、果春焕教授团队在增材制造难熔高熵合金领域取得重要突破，提出“增材制造诱导刃型位错主动强化”新策略，成功制备出兼具高强度和良好塑性的难熔高熵合金，为高性能难熔高熵合金的快速制备提供了全新思路，也为其在航空发动机、核反应堆等高温极端环境下的应用奠定了材料基础。

# {5 y: l" k7 {! _9 u& ?# T7 b该成果以“原位刃型位错促进增材制造难熔高熵合金的高温强度和延展性”为题，发表在国际顶级期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上。材化学院果春焕教授、博士生焦博为论文共同第一作者，烟台研究院姜风春教授为第一通讯作者，哈尔滨工程大学为论文第一完成单位。该成果由哈工程、天目山实验室、西安交通大学以及美国加州大学伯克利分校共同完成。这是哈工程金属材料在《自然·通讯》首次发表文章，标志着哈工程金属结构材料和增材制造学科方向进入国际前沿水平。

( b6 B+ W6 |4 u. k0 V/ o. w难熔高熵合金由铌、钽、钛、铪、锆五种高熔点元素组成，因其优异的高温强度、热稳定性和抗辐照能力，被视为下一代动力机械、核反应堆及超音速飞行器的关键候选材料。然而，传统方法制备的难熔高熵合金往往需要复杂的轧制和热处理工序，耗时耗能，并且普遍面临“强度-塑性”难以兼得的窘境——强度高的材料塑性差，塑性好的材料强度低。尤其是在1000°C左右的高温环境下，材料的力学性能大幅下降，容易提前“颈缩”而断裂，严重限制了其工程应用。
0 ~# d7 Y% q1 @% ^
针对这一难题，研究团队基于原位多金属合金化增材制造技术，以多种难熔金属粉末为原料，成功制备出致密、无缺陷的难熔高熵合金。研究发现，在快速凝固和逐层热循环的打印过程中，合金内部自发产生了大量“刃型位错”——这种原子尺度的晶体缺陷，在高达1000°C时仍能稳定存在，并在高温变形中发挥关键作用。测试表明，该合金在1000°C高温下的抗拉强度达到497.3MPa，均匀延伸率为6.8%，相比传统再结晶态的同成分合金，分别提升了37.8%和61.9%。其高温强度接近甚至优于部分含钨、铼等昂贵元素的镍基高温合金，而制备周期缩短数倍、成本大幅降低。
- f$ o- m' V9 b) |* \

难熔高熵合金的制备方法、力学性能和刃型位错强化机制

4 g0 M* E/ l% G8 C' G' H研究团队通过透射电子显微镜等先进表征手段和分子动力学模拟，创新性地提出“位错-扭结带”耦合协同的强韧化机制。自发产生的刃型位错在高温变形时能够直接参与滑移并不断增殖，贡献强度；同时，这些位错会聚集成阵列，形成“扭结带”——相当于材料内部的变形缓冲区，能有效缓解应力集中，避免过早断裂。两者协同作用，使得增材制造难熔高熵合金在1000°C高温下仍能兼顾高强度与大塑性，展现出超越传统铸态合金的优异性能。

《自然·通讯》（Nature Communications）创刊于2010年，是Nature旗下涵盖所有学术领域综合性科学刊物，期刊关注各类科学领域有影响力的研究成果，被国内外学者高度认可，是中科院1区Top期刊，2025年其影响因子为15.7。
: w0 N) R, F1 e. q  {8 t
原文链接：
3 a9 O, \; x# ^& A0 E# c6 j4 ]2 M
5 m% G/ e( H* u. U: B+ JIntrinsic edge dislocations promote high-temperature strength and ductility in additively manufactured refractory high-entropy alloys | Nature Communications