昨天（4月10日），《nature》在線發布了北京科技大學呂昭平教授作為通訊作者的一篇論文《Ultrastrong steel via minimal lattice misfit and high-density nanoprecipitation》，該文基于晶格錯配和高密度納米析出的理念，設計并制備出超高強馬氏體時效鋼，強度最高達2.2GPa，還具有很好的塑性（大約8.2%）。而且由于采用廉價質輕的Al等元素代替高成本的Co、Ti等合金元素，還能大幅度削減成本。

采用新一代高性能結構材料是滿足輕量化及節能減排的重要手段，馬氏體時效鋼（maraging steel）是其中一種高強度材料，它的組織為馬氏體基體中包含納米析出粒子。其高強度得益于半共格（semi-coherent）析出物，而這些析出粒子的不均勻分布會導致大的共格應變，反過來可能會促進加載時裂紋的萌生。本文通過高密度位錯及最小的晶格錯配報道了一種違法直覺的方法來設計超高強鋼。發現高度分散的、完全共格的析出物（也就是說，析出物的晶體結構與周圍基體的晶格幾乎一樣）表現出非常低的晶格錯配和很高的反相（anti-phase）邊界能，不犧牲韌性的同時強化合金。如此低的晶格錯配（0.03±0.04%）降低了析出物的形核能壘，從而使析出物能以非常高密度（大于10的24次方每立方米）及小尺寸（大約2.7±0.2納米）的狀態穩定析出。粒子周圍最小的彈性錯配應變對位錯的相互作用貢獻不多，而這是強度增加所必須的。

利用高分辨HAADF STEM圖和基于APT數據的3D重構確定完全晶格匹配的析出物B2的本質。

相反，本文報道的強化機制利用了化學有序效應（chemical ordering effect），當析出物被位錯切過時會產生背應力（與變形方向相反的力）。本文利用Ni(Al,Fe)析出物進行強化制備了一系列超高強鋼，強度最高達2.2GPa，還具有很好的塑性（大約8.2%）。與傳統馬氏體時效鋼相比，本文報道的鋼中析出物的化學成分用廉價質輕的Al等元素代替高成本而又必須的合金元素，如Co、Ti，因此能大幅度削減成本。本文這類鋼的強化機制是基于最低晶格錯配實現最大化析出分散和高剪切應力（指位錯切過共格析出物時所必須的力，從而導致塑性變形），作者認為這種晶格錯配的設計理念或許可以應用于其他金屬合金。

原子探針分析析出物的斷層圖和成分。

論文鏈接：

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature22032.html

作者簡介：

本文一作為蔣雖和，通訊作者為呂昭平教授。呂教授為北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室主任，教育部長江學者特聘教授，中國材料研究學會理事，國務院特殊津貼獲得者。國際學術雜志《Intermetallics》編輯。1992和1995年分別從華中科技大學獲得學士及碩士學位，1995年獲得1996年赴新加坡國立大學攻讀材料學博士學位，2001年進入美國橡樹嶺國家實驗室做博士后，2004年成為該室正式研究員。2007年獲得國家杰出青年科學基金支持，2009年因耐熱鋼的工作獲美國“R&D 100 Award”。2010年獲教育部自然科學二等獎。

呂昭平教授

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來源：材料科學與工程公眾號，材料科學網。