劉錦川教授領導的研究團隊提出了一種新的 策略來開發新的超級合金，這種超級合金具 有極高的強度、延展性和柔韌性。大多數傳 統合金由一種或兩種主要元素制成，例如鎳 和鐵。這種新合金是基于多主元素合金開發 的，也稱為高熵合金，是由等原子或接近等 原子百分比的五種或更多元素構成的新材 料。研究團隊發現，添加鋁和鈦以形成大量 成分復雜的納米顆粒會顯著提高合金的強度 和延展性。通常來說，合金越堅固，其延展 性和韌性就越差，這意味著強度更高的合金 在變形或拉伸時往往會更早斷裂。這種新合 金的強度是鐵鈷鎳基合金的五倍，延展性是 其 1.5 倍。這項前沿研究發表在最新一期著 名的《科學》雜志上，題為“多組分金屬間 化合物納米粒子和復雜合金的卓越機械行 為”[2]。
高強度合金的變形很容易引起頸縮斷裂（局 部變形），但研究團隊發現，添加由鎳、鈷、 鐵、鈦和鋁原子組成的復雜納米顆粒，可以 延長均勻變形。用鐵和鈷原子代替一些鎳成 分有助于提高新合金的延展性，用鈦代替一 些鋁有助于降低空氣中的環境水分引起的脆 化現象。
研究團隊認為，采用這種新策略開發的新合 金將在 -200°C 至 1000°C 的溫度范圍內都有 良好機械性能，從而為開發新的低溫裝置以 及飛機和高溫裝置提供新思路。
新的高熵合金非常堅固，且具有良好的延展性和柔韌性 [2]。
參考文獻
1. Yang, T, Zhao, YL, Li, WP, Yu, CY, Luan, JH, Lin, DY, Fan, L, Jiao, ZB, Liu, WH, Liu, XJ, Kai, JJ, Huang, JC & Liu, CT 2020, 'Ultrahigh-strength and ductile superlattice alloys with nanoscale disordered interfaces', Science (New York, N.Y.), vol. 369, no. 6502, pp. 427-432.
2. Yang, T, Zhao, YL, Tong, Y, Jiao, ZB, Wei, J, Cai, JX, Han, XD, Chen, D, Hu, A, Kai, JJ, Lu, K, Liu, Y & Liu, CT 2018, 'Multicomponent intermetallic nanoparticles and superb mechanical behaviors of complex alloys', Science (New York, N.Y.), vol. 362, no. 6417, pp. 933-937.
3. Zhang, T, Huang, Z, Yang, T, Kong, H, Luan, J, Wang, A, Wang, D, Kuo, W, Wang, Y & Liu, C-T 2021, 'In situ design of advanced titanium alloy with concentration modulations by additive manufacturing', Science, vol. 374, no. 6566, pp. 478-482.