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李晓刚教授团队在高强韧耐蚀金属材料研究方面取得重大进展

作者: 日期:2020-06-18 来源:
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近日,李晓刚教授的材料服役性能大数据团队,创新耐蚀合金设计理念,发现一种加工性能优异、高强韧、抗腐蚀和抗氢脆断的单相CoNiV合金。该合金室温下抗拉强度超过1Gpa,延伸率超过80%,抗稀酸腐蚀能力类似奥氏体不锈钢,抗氢脆断性能远高于现有的绝大部分金属材料及合金,在核电、海洋、氢能、石油化工等领域有着巨大的应用前景。国际著名学术期刊Nature Communications以A strong and ductile medium-entropy alloy resists hydrogen embrittlement and corrosion为题在线报道了这一重要研究进展,这也是该期刊近年来为数不多报道耐蚀金属材料类的研究论文。

高强韧、抗稀硫酸腐蚀、抗氢脆断对金属材料的长寿命和服役安全具有重要的意义,不仅是耐蚀金属结构材料领域重大的前沿科学问题,而且属于工程应用的极限。考虑可加工性、高强韧、抗腐蚀和抗氢脆断之间互相矛盾的难点和特点,研究团队与韩国高丽大学、德国马普学会团队合作,经过长期攻关,创新合金设计理念,以腐蚀大数据、机器学习和相图计算作为指导合金设计的切入点,高通量删选可行性合金元素,设计出制备工艺简单、加工性能良好、高强韧的单相固溶体合金,实现了高强度与抗腐蚀、抗氢脆断三者的有机统一。该合金综合的性能取决于单相固溶体、低的氢扩散系数、形变过程产生的孪晶组织以及表面的超强耐蚀钝化膜。

图1 合金冷轧退火后的单相固溶体组织形貌和3D-APT图

图2 合金在变形加载后的显微结构变化

图3 合金在硫酸环境中的腐蚀行为和表面钝化膜成分

这一研究成果大幅度拓宽了高强韧耐蚀合金的设计理念和应用,为开发兼具结构功能一体化高品质耐蚀金属材料开辟了新的途径和方法,标志着我校在耐蚀金属材料领域的科研水平上了一个新台阶。此项工作也得到科技部、国家自然基金委、欧盟第七框架计划经费的支持。

论文链接:

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