鋁合金是以鋁為基添加一定量其他合金化元素的合金，是輕金屬材料之一。鋁合金具有密度低、力學(xué)性能佳、加工性能好、無毒、易回收、導(dǎo)電性、傳熱性及抗腐蝕性能優(yōu)良等特點(diǎn)，在船用行業(yè)、化工行業(yè)、航空航天、金屬包裝、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域廣泛使用。鎂合金是以鎂為基礎(chǔ)加入其他元素組成的合金。密度小，強(qiáng)度高，彈性模量大，散熱好，消震性好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大，耐有機(jī)物和堿的腐蝕性能好。鎂合金廣泛用于攜帶式的器械和汽車行業(yè)中，達(dá)到輕量化的目的。傳統(tǒng)的金屬合金，當(dāng)其中含量少的原子在低于它們的溶解度限制時傾向于隨機(jī)分布，當(dāng)高于溶解度限制時會形成第二相。多元元素合金的概念最近擴(kuò)展了這一觀點(diǎn)，因?yàn)檫@些材料是金屬元素等原子混合的單相固溶體。這類材料因其突出的力學(xué)性能而受到廣泛關(guān)注。三元體系通常稱為中熵合金，四元或五元體系稱為高熵合金，暗示了它們的高構(gòu)型熵。作為一種新興的結(jié)構(gòu)材料，中、高熵合金在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中具有良好的綜合力學(xué)性能。下面，一起梳理回顧劉錦川、呂堅(jiān)、呂昭平、胡良兵、Ritchie等大牛在高熵、中熵合金，鎂、鋁合金等領(lǐng)域的科研進(jìn)展。

1、Science：多組分金屬間納米粒子和復(fù)雜合金的優(yōu)良力學(xué)行為

香港城市大學(xué)劉錦川院士團(tuán)隊(duì)在基于單主元合金系統(tǒng)的合金設(shè)計(jì)無法突破這一棘手的難題下（進(jìn)一步優(yōu)化合金化學(xué)和微觀結(jié)構(gòu)的能力有限），團(tuán)隊(duì)最近提出的多元素合金系統(tǒng)的冶金設(shè)計(jì)為緩解這些問題提供了一條有希望的途徑。在這項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)策略，以消除千兆帕斯卡強(qiáng)度合金的延性損失。設(shè)計(jì)理念是在可控制地制造用于fcc型HEA系統(tǒng)中的相干強(qiáng)化的延性多組分金屬間納米粒子（MCINPs），通過控制有序-無序相變和元素分配，實(shí)現(xiàn)了MCINPs的納米級沉淀的原位延展化。這種概念設(shè)計(jì)不僅能夠充分發(fā)揮金屬間納米粒子的強(qiáng)化作用，而且能夠保持較高的加工硬化率和塑性變形穩(wěn)定性。因此，MCINP強(qiáng)化合金（MCINPS）具有出色的強(qiáng)度-延展性組合，而不會遇到早期局部縮頸和有限均勻延展性的常見問題。這種MCINP強(qiáng)化合金在環(huán)境溫度下具有1.5千兆帕的優(yōu)異強(qiáng)度和高達(dá)50％的延展性。

文獻(xiàn)鏈接： http://science.sciencemag.org/content/362/6417/933

2、Nature:雙相納米結(jié)構(gòu)鑄就史上最強(qiáng)鎂合金

香港城市大學(xué)呂堅(jiān)院士團(tuán)隊(duì)研制了雙相納米晶結(jié)構(gòu)的鎂合金材料，通過磁控濺射法將直徑約6 nm的MgCu2晶粒均勻地嵌入約2 nm厚的富含鎂的無定形殼中，生產(chǎn)獲得具有非晶/納米晶雙相結(jié)構(gòu)的鎂基超納尺寸雙相玻璃晶（SNDP-GC）。該雙相材料結(jié)合并加強(qiáng)了納米晶材料與非晶納米材料的優(yōu)勢，在室溫下表現(xiàn)出接近理想強(qiáng)度，并且解決了樣品尺寸效應(yīng)問題。研究團(tuán)隊(duì)所制成的鎂合金體系是由埋在無定型玻璃殼中的納米晶核組成，所得雙相材料的強(qiáng)度是近乎理想的3.3 GPa，這也是迄今為止強(qiáng)度最大的鎂合金薄膜。同時，研究者提出了一種由本構(gòu)模型組成的強(qiáng)度增強(qiáng)機(jī)制，在材料制備過程中形成了一個由直徑約6 nm且?guī)缀鯚o位錯的晶粒組成的結(jié)晶相，當(dāng)應(yīng)變發(fā)生時該結(jié)晶相阻止了局部剪切帶的移動傳播，在任何已出現(xiàn)的剪切帶內(nèi)，嵌入的晶粒分裂和旋轉(zhuǎn)，也有利于材料強(qiáng)化和抵抗剪切帶的軟化效果。

文獻(xiàn)鏈接： https://www.nature.com/articles/nature21691

3、Nature: 3D打印實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)鋁合金

美國加州大學(xué)John H. Martin教授團(tuán)隊(duì)報道了在增材制造過程中引入控制固化的納米顆粒成核劑解決了熔融和凝固動力導(dǎo)致具有大柱狀晶粒和周期性裂紋的不可耐受的微觀結(jié)構(gòu)。在使用成核劑后，與增材制造不相容的高強(qiáng)度鋁合金可以使用選區(qū)激光熔化成功加工，無裂紋，等軸，實(shí)現(xiàn)了細(xì)晶粒微觀結(jié)構(gòu)，達(dá)到與鍛造材料相當(dāng)?shù)牟牧蠌?qiáng)度。該增材制造方法適用于各種合金，可以使用一系列3D打印機(jī)器來實(shí)現(xiàn)，為廣泛的工業(yè)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

文獻(xiàn)鏈接： https://www.nature.com/articles/nature23894

4、Science: 室溫循環(huán)塑性對鋁合金的析出強(qiáng)化作用

澳大利亞莫納什大學(xué)Christopher Hutchinson教授團(tuán)隊(duì)報道了通過使用一種全新的強(qiáng)化手段，即循環(huán)強(qiáng)化（CS）。研究人員通過發(fā)現(xiàn)受控的室溫循環(huán)變形足以連續(xù)向材料中注入空位，并且介導(dǎo)超細(xì)溶質(zhì)團(tuán)簇的動態(tài)析出從而達(dá)到強(qiáng)化的目的。與傳統(tǒng)的熱處理相比，不僅加工時間短得多，而且這種處理方式可以獲得高強(qiáng)度、高塑性的鋁合金材料。使用這種方法獲得的微觀結(jié)構(gòu)也比傳統(tǒng)熱處理的更加均勻，并且沒有表現(xiàn)出無沉淀區(qū)。因此，使用該方法得到鋁合金可能具有更強(qiáng)的抗損壞的能力。

文獻(xiàn)鏈接： http://science.sciencemag.org/content/363/6430/972

5、Nature: 通過有序的氧絡(luò)合物提高高熵合金的強(qiáng)度和延展性

北京科技大學(xué)的呂昭平教授團(tuán)隊(duì)報道了在合金中發(fā)現(xiàn)了一種新型的氧存在形式。該團(tuán)隊(duì)以TiZrHfNb高熵合金（HEAs）作為模型材料，對其進(jìn)行有限的氧摻雜，發(fā)現(xiàn)氧形成了一種新型的有序氧復(fù)合物。該復(fù)合物的狀態(tài)介于氧化物顆粒和常規(guī)隨機(jī)間質(zhì)之間。常規(guī)間質(zhì)只對增強(qiáng)合金強(qiáng)度有所貢獻(xiàn)，然而這一新型復(fù)合物不僅可以顯著提高強(qiáng)度，還能同時保證材料的延展性。進(jìn)一步力學(xué)測試顯示，相較于未摻雜氧的合金，存在新型有序氧復(fù)合物的TiZrHfNb高熵合金的拉伸強(qiáng)度提高了48.5%左右，同時延展性也大幅增強(qiáng)了95.2%。這一結(jié)果打破了金屬材料的強(qiáng)度和延展性性能不可同時得到提高的定律，為高強(qiáng)度-高延展性金屬材料的設(shè)計(jì)提供了新的思路。

文獻(xiàn)鏈接： https://www.nature.com/articles/s41586-018-0685-y

6、Science: 合成八種元素的高熵合金

美國馬里蘭大學(xué)的胡良兵教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校、約翰霍普金斯大學(xué)、麻省理工大學(xué)的研究人員通過熱沖擊負(fù)載在碳載體上的前體金屬鹽混合物，提出了通過將八種不同元素合金化成單相固溶體納米顆粒（通常稱為高熵合金納米顆粒（HEA-NP）。研究人員通過控制碳熱激發(fā)（CTS）參數(shù)（底物，溫度，沖擊持續(xù)時間和加熱/冷卻速率）來合成具有期望的化學(xué)（組成），尺寸和相（固溶體，相分離）的寬范圍的多組分納米顆粒。

文獻(xiàn)鏈接： https://science.sciencemag.org/content/359/6383/1489.full

7、Nature: 通過成分來調(diào)整高熵合金中的元素分布，結(jié)構(gòu)和性能

加州伯克利分校Robert Ritchie教授團(tuán)隊(duì)、浙江大學(xué)的余倩教授和美國佐治亞理工學(xué)院的Ting Zhu等人通過利用原子分辨率化學(xué)映射揭示了幾類典型和新型高熵合金的元素分布情況。研究人員首先研究了面心立方結(jié)構(gòu)CrMnFeCoNi Cantor合金，在這種合金中，五種構(gòu)成元素的分布式相對隨機(jī)統(tǒng)一的。與此相反，在新型CrFeCoNiPd合金中，鈀原子擁有截然不同的原子尺寸和電負(fù)性，使得合金的均一性明顯減弱，并且五種元素更加趨向于聚集。原位TEM分析顯示，在應(yīng)變實(shí)驗(yàn)過程中，合金出現(xiàn)了大量相對早期塑性形變的位錯交叉滑移，導(dǎo)致出現(xiàn)了非常強(qiáng)大的位錯相互作用。由于組分分布的明顯波動，這類變形機(jī)制在新型CrFeCoNiPd合金中尤為增強(qiáng)，并直接致使該種合金獲得了更高的屈服強(qiáng)度。研究認(rèn)為，圖譜繪制原子尺度元素分布的方法為深入理解材料化學(xué)結(jié)構(gòu)提供了新的可能，并為通過調(diào)控材料組分從而獲得優(yōu)異力學(xué)性能提供了基礎(chǔ)。

文獻(xiàn)鏈接： https://www.nature.com/articles/s41586-019-1617-1

8、Nature: 短程有序結(jié)構(gòu)及其對CrCoNi中熵合金的影響

美國加州大學(xué)伯克利分校Andrew M. Minor教授團(tuán)隊(duì)利用能量過濾透射電子顯微學(xué)手段成功地觀測了CrCoNi中熵合金中的短程有序結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)隨著短程有序結(jié)構(gòu)的增加，堆垛層錯能和材料硬度也在不斷增加。這些發(fā)現(xiàn)表明，熱機(jī)械加工可以改變納米尺度的局部有序狀態(tài)，這項(xiàng)研究為調(diào)控中熵/高熵合金的機(jī)械性能提供了新的思路。

文獻(xiàn)鏈接： https://doi.org/10.1038/s41586-020-2275-z