近日，南方科技大學機械與能源工程系逯文君研究員和朱強教授團隊，聯合南京理工大學朱志光教授，成功利用激光增材制造技術(LPBF)開發出一種高強韌的中熵合金復合材料，并將其研究成果發表在復合材料領域頂級期刊《Composites Part B: Engineering》上。該論文題為“A mechanical strong yet ductile CoCrNi/Cr₂B composite enabled by in-situ formed borides during laser powder bed fusion” （利用激光粉末床熔融過程中原位形成的硼化物使得CoCrNi/Cr₂B復合材料具備了高強韌性），該期刊為中科院一區TOP期刊，其影響因子為13.1。

論文連接：

https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2024.111428

金屬基復合材料的設計主要集中在協同整合基體和增強相的固有性能，旨在達到優異的強度和延性。該工作通過激光粉末床熔融技術在CoCrNi 合金中通過添加B₄C陶瓷顆粒原位生成Cr₂B硼化物，克服了非原位增強相可能存在團聚和非均勻分布導致材料性能下降的問題。

金屬基復合材料由于其高強度和耐磨性，在航空和汽車等工業領域具有廣泛應用前景。引入均勻且彌散分布的納米陶瓷顆粒可有效阻礙位錯的運動，從而提高材料的強度。然而，傳統的制備工藝往往難以實現納米陶瓷增強相的均勻彌散分布，且增強相與基體界面的性質直接影響復合材料的失效模式，尤其是界面結合強度較弱時，易導致材料在界面處脫粘，從而提前失效。

為克服傳統制備工藝中的挑戰，逯文君研究員及其團隊在激光粉末床熔融技術的基礎上，發展出一項創新的原位合金化策略，成功地制備出強韌的CoCrNi/Cr₂B復合材料。首先，在CoCrNi中熵合金基體中添加1 wt.%的B₄C顆粒，促使硼化物在LPBF過程中原位生成。隨后，在LPBF的快速凝固和冷卻過程中，硼化物在納米級位錯胞邊界處析出，形成了一種納米級核殼結構，即“軟”核（FCC基體）與“硬”殼（Cr₂B析出）。這一獨特的核殼結構優化了復合材料的力學性能。CoCrNi/Cr₂B復合材料的性能提升主要歸因于納米核殼結構所產生的異質結構，包括載荷承載強化（load bearing effect）和異質形變誘導硬化（HDI straining）的協同效應。此外，通過TEM原位拉伸實驗證明，納米核殼結構能夠有效抑制裂紋的擴展，從而提高材料拉伸強度，同時保持其良好的塑性。

圖1：CoCrNi/Cr₂B 復合材料的力學性能曲線。

圖2：CoCrNi/Cr₂B 復合材料的變形前的顯微組織表征。

圖3. Cr₂B 原子結構的微觀表征圖。

圖4.TEM原位拉伸結果。

南方科技大學博士生候軍華及博士后錢柄男為論文第一作者，逯文君研究員為論文唯一通訊作者，南方科技大學機械與能源工程系為唯一通訊單位。該工作獲得國家重點研發計劃、國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金、深圳市科技創新局、山西省重點研究項目和南方科技大學測試中心的資助與支持。

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逯文君研究員及團隊介紹：

逯文君研究員于2020年10月加入南方科技大學獨立建組，任博士生導師。主要研究領域為金屬材料的結構亞穩化、高強輕質化及多維表征技術的研究，在亞穩多主元合金的強韌化設計、新型高強輕質鋼的開發、以及多維電鏡表征方法三方面取得了一系列創新性的研究成果。近年來，在Nature Materials, Advanced Materials, Nature Communications, Science Advances, Advanced Functional Materials, Physical Review Letters, Acta Materialia等期刊上發表論文100余篇。先后獲得國家級青年人才、深圳市海外高層次人才以及新材料國際發展趨勢高層論壇優秀青年科學家獎（2021）。擔任《Materials Research Letters》、《Advanced Powder Materia》、《中國有色金屬學報》與《粉末冶金材料科學與工程》期刊青年編委；連續三年（2021 -2023）入選全球前2%頂尖科學家名單。