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吕昭平教授团队在高阻尼合金方面取得进展

作者: 日期:2020-06-17 来源:
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新金属材料国家重点实验室,北京材料基因工程高精尖创新中心的吕昭平教授团队利用Snoek弛豫效应和基于有序间隙原子复合体的应变硬化机制,设计出新型高温高阻尼难熔高熵合金。国际顶级学术期刊《Science Advances》6月17日在线发表了吕昭平教授团队又一突破性研究进展。

高阻尼合金是一类重要的金属结构材料。从大型飞机到小型电气设备,高阻尼合金在结构降噪,减震和能量转换上都起到着重要作用。传统合金的阻尼性能主要由控制晶体缺陷,如位错,相界,孪晶界和磁畴界来实现。然而,在机械振动及相应的应力下,传统合金的晶体缺陷和界面都倾向于重新排列和聚集。最终导致整个弛豫过程的不可逆,从而引起阻尼容量的逐渐降低。此外,当使用温度升高时,这些不可逆的弛豫过程会加速。因此,阻尼合金还存在结构稳定性和高温阻尼性能方面的重大挑战。此外,传统合金的阻尼性能与机械性能往往是不可兼得的,开发同时具有优异的阻尼性能和优异的强度塑性等综合性能的阻尼合金具有重要的理论和应用价值。

图1. 新型高阻尼高熵合金的阻尼性能

吕昭平教授团队以Ta0.5Nb0.5HfZrTi难熔高熵合金为模型合金,添加2.0 at.%的氧或氮,发现间隙固溶的难熔高熵合金不仅具有优异的高温阻尼性能,同时具有良好的机械性能。该合金的峰值阻尼容量高达0.030,峰温高达800K,拉伸屈服强度达到1400MPa, 拉伸延展性高达20%,展现出良好的综合性能。这一新型合金的高阻尼性能来源于间隙原子在合金基体中的Snoek弛豫效应,而其优异的力学性能则源于有序间隙原子复合体的形成。这一发现不仅提出了一类可工程化应用的新型高阻尼材料,也有助于人们认识高温高阻尼机理,且这一合金设计手段能够广泛的应用于设计各种高温高阻尼合金。

图2. 利用高熵合金中有序间隙复合体设计新型高性能阻尼合金示意图

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