1、一種適用于3D打印金屬力學性能的預測模型

據南方科技大學官網報道，南方科技大學機械與能源工程系副教授王帥團隊在金屬增材制造領域取得研究進展，相關論文以“Evolution of dislocation cellular pattern in Inconel 718 alloy fabricated by laser powder-bed fusion”為題發表在增材制造領域頂刊Additive Manufacturing。研究團隊提出了一種適用于3D打印金屬力學性能的預測模型，有助于3D打印金屬的性能控制理論的發展，以期實現航空航天、新能源等關鍵領域關鍵裝備的“控形-控性”一體化高品質制造。南方科技大學機械與能源工程系研究助理教授何明琳為論文第一作者，王帥為論文通訊作者。南科大是論文第一單位。該項目得到了國家自然科學基金以及深圳市科技創新委員會的支持。

2. 金屬材料拉伸與疲勞性能預測

據中科院金屬所報道，金屬研究所張哲峰團隊長期堅持材料疲勞與斷裂基礎理論研究。近來，在加工硬化微觀機制研究基礎上，團隊成員張振軍項目研究員提出了新的位錯湮滅模型，并通過考慮初始組織狀態與合金成分對加工硬化的影響，建立了單相金屬材料普適性硬化模型-指數硬化模型；基于該ESH模型，博士生曲展在張振軍項目研究員的指導下，建立了三類鋁合金加工硬化指數與時效過程中析出相性質及幾何特征之間的定量關系，提出了變形鋁合金時效過程對加工硬化能力提升的析出相控制原理；為了建立金屬結構材料拉伸性能與疲勞性能之間定量關系，該團隊成員劉睿博士建立了金屬結構材料高周疲勞強度預測模型；在疲勞裂紋擴展預測模型方面，最近李鶴飛博士在團隊成員張鵬研究員的指導下，建立了以靜態力學性能預測其疲勞裂紋擴展速率模型。將上述金屬材料拉伸性能和疲勞性能定量預測模型聯合起來，可以實現通過測試金屬結構材料少數組織狀態的拉伸性能快速預測和優化其疲勞性能的功能，為金屬結構材料疲勞性能預測與優化軟件研發奠定理論基礎，也為金屬結構材料及工程構件抗疲勞設計與制造提供理論支撐。

3. 西安交大、吉林大學、南京理工大學等聯合團隊與海外合作者《Nature》發文報道在超高強塑性納米合金研究方面取得進展

吉林大學韓雙副教授，澳大利亞悉尼大學廖曉舟教授，西安交通大學丁向東教授和馬恩教授，南京理工大學沙剛教授（共同通訊作者）證明了納米晶NiCo固溶體雖然仍然是面心立方單相，但顯示出約2.3GPa的拉伸強度和約16%的拉伸斷裂應變，具有可觀的延展性。究其原因，通過高濃度固溶體中的成分波動，實現了這種不尋常的抗拉強度和延展性。具體來講，本文基于自下而上的脈沖電化學沉積工藝，成分起伏使層錯能和晶格應變在1到10 nm范圍內的長度尺度上發生空間變化，從而明顯影響位錯的運動。盡管納米晶粒內部的空間非常有限，但位錯的運動變得緩慢，促進了它們的相互作用、互鎖和積累。結果表明，流動應力增加，同時促進了位錯儲存，增加了應變硬化，從而增加了延展性。同時，沿位錯線的鏈段脫陷需要較小的活化體積，因此應變速率敏感性增加，這也穩定了拉伸流動。相關研究成果以“Uniting tensile ductility with ultrahigh strength via composition undulation”為題發表在Nature上。

4、利用晶界弛豫效應在純銅中突破金屬純度-穩定性倒置關系難題

據中科院官網報導，近期，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心納米金屬材料科學家工作室團隊通過在高純金屬銅中引入晶界弛豫效應，使得高純銅同時表現出高熱穩定性和高強度，從而突破了金屬純度-穩定性倒置關系難題。該團隊選擇了99 wt.%-99.9999 wt.%（2N-6N）五種不同純度的金屬銅，利用表面機械碾磨制備了晶粒尺寸及梯度分布情況都接近的銅棒樣品；并基于前期研究工作（純銅中變形誘導晶界弛豫臨界晶粒尺寸約為70 nm），在不同純度銅棒樣品中取平均晶粒尺寸約60 nm和100 nm的樣品進行比較研究。實驗發現100 nm晶粒隨樣品純度增加，其熱穩定性顯著降低，與傳統教科書上的理論一致（即雜質原子釘扎晶界，提高穩定性）；而60 nm晶粒隨樣品純度增加，其熱穩定性反常提升。通過實驗觀察結合分子動力力學模擬，該研究團隊發現由于晶界處雜質原子的存在，晶界在變形過程中發射孿晶或層錯變得更困難，從而阻礙了晶界結構弛豫過程；同時發現雜質原子的存在使得弛豫后的晶界能量相對于高純度樣品略微增加。因此，在純度較低的樣品中，晶界弛豫變得更加困難，弛豫效應降低，導致其熱穩定性低于弛豫態高純樣品。眾所周知，金屬材料存在本征的性能“倒置關系”困境：金屬純度越高，強度和熱穩定性越低；純金屬強度越高，熱穩定性越低。本工作中晶界弛豫態納米晶銅樣品純度越高，強度和熱穩定性同步提升。以上工作由中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心納米金屬材料科學家工作室團隊和蘭州理工大學薛紅濤團隊合作完成。沈陽材料科學國家研究中心博士生傅皇留、周鑫副研究員為共同第一作者，盧柯院士、李秀艷研究員為通訊作者。相關研究成果以“Breaking the purity-stability dilemma in pure Cu with grain boundary relaxation”為題在《今日材料》（Materials Today）上發表。

5、基于原位暗場顯微鏡平臺、結合超分辨技術揭示了MOF單晶生長的決定因素

據中科院官網報導，周小春團隊與武漢大學教授鄧鶴翔團隊合作，首次基于原位暗場顯微鏡平臺、結合超分辨技術揭示了MOF單晶生長的決定因素。研究采用實驗室自主搭建的暗場顯微鏡平臺，原位觀察五種典型的不同維度MOF晶體從小到大的生長過程。研究運用超分辨技術（super-resolution, super-line）追蹤晶體邊界延伸過程，獲得顯微鏡視野下每顆晶體的生長曲線。研究利用自制的流動池（Flow cell）調控晶體生長條件如反應物濃度和生長溫度，首次獲得MOF晶體生長時金屬離子與有機配體的反應級數和活化能等動力學信息。不同的MOF體系具有不同的反應級數，且與對應MOF的分子式不一致，意味著反應物在形成生長單元的過程中是多步驟的反應。科研人員基于統計獲得的反應級數準確值探究晶體生長可能的機理，提出MOF-2體系中次級單元組裝和碎片化的生長機制。此外，交替改變生長溶液和溶劑對所獲晶體生長曲線分析發現，晶體生長存在可逆的過渡層，且過渡層的厚度僅與晶體生長尺寸有關。相關研究成果以Determining factors in the growth of MOF single crystals unveiled by in situ interface imaging為題，發表在Chem上。研究工作得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金等的支持。

6. 利用常規熱處理與熱加工實現超細晶含銅鈦合金大尺寸制備

據中科院官網報導，中國科學院金屬研究所楊柯團隊成員任玲、王海等運用“雙相殼層包裹超細等軸晶”的顯微組織設計思想，從熱力學、動力學兩方面提高超細晶鈦合金組織熱穩定性，并利用常規熱處理與熱加工的工藝組合，實現了上述顯微組織的大尺寸制備，解決了超細晶鈦合金制備加工難、組織穩定性差的問題，獲得了性能優異和熱穩定性高的超細晶含銅鈦合金。在前期研究的基礎上，科研人員提出“共析元素合金化→淬火→熱變形”（EQD）的超細晶含銅鈦合金的制備策略，實現了雙相殼層包裹超細等軸晶的顯微組織的設計思想。該策略通過常規的熱加工設備實現了α-Ti晶粒尺寸在90-500 nm范圍內的超細晶Ti6Al4V5Cu合金的大尺寸制備。同時，研究利用熱變形過程中形成的β/Ti2Cu雙相蜂窩殼結構包覆α晶粒，顯著提高了超細等軸晶組織的熱穩定性，使材料的失穩溫度提高至973 K（0.55Tm）。超細晶Ti6Al4V5Cu合金的室溫拉伸強度最高達到1.5 GPa，延伸率超過10%。在650℃和應變速率為0.01 s-1條件下，其拉伸延伸率超過1000%，實現了超塑性變形。此外，超細晶Ti6Al4V5Cu合金在高溫拉伸的熱力耦合條件下未發生晶粒的粗化長大。EQD策略實現了TiCu、TiZrCu等其他鈦合金的高性能、高熱穩定性超細晶組織的制備，并已拓展至包括鋼鐵材料在內的其他合金體系，為超細晶金屬材料的制備提供了新途徑，這對超細晶金屬材料的設計和研究具有重要意義。4月19日，相關研究成果以Manufacture-friendly nanostructured metals stabilized by dual-phase honeycomb shell為題，在線發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。

7. 方峰教授團隊在高熵合金電催化分解水制氫研究取得新進展

據東南大學官網報道，材料科學與工程學院方峰教授團隊在高熵合金電催化電解水制氫取得新進展，研究成果在環境領域國際頂級期刊Applied Catalysis B: Environmental (IF:19.5)在線發表。博士生王世琦為第一作者，方峰教授為論文通訊作者，這是該團隊在前期研究工作（Chem. Eng. J. ,429 (2022) 132410）基礎上的新進展。該研究采用磁控濺射法在碳布基底上沉積FeCoNiCuPd薄膜，制備的高熵催化劑具有優異的HER和OER催化活性，可作為穩定雙功能電催化劑，在高電流條件下實現高效穩定的整體水電解。高熵合金薄膜豐富的活性位點和高熵雞尾酒效應是增強堿性 HER 活性的主要因素，由于OER過程中催化劑表面重構，生成多組分羥基氧化物。(FeCoNi)OOH有助于降低 OER 的 RDS (O*→OOH*) 能壘，從而加速 OER 過程。該工作為開發高效穩定高熵催化劑提供了新思路，對高熵催化劑表征及其機理研究也具有借鑒意義。

8. 孫文文等《Acta Materialia》：高熵合金中發現珠光體結構，伴隨優異熱穩定及耐磨性

東南大學孫文文教授團隊在金屬材料頂級期刊《Acta Materialia》上以“A new strong pearlitic multi-principal element alloy to withstand wear at elevated temperatures”為題發表學術論文，研究團隊在FeCoNiTi基高熵合金中提出了一種通過經典共析轉變（A→B+C）而形成的珠光體結構，用以提升珠光體組織在室溫以及一系列高溫環境下的耐磨性能以及熱穩定性。研究人員發現，與鋼鐵材料的相變相似，高熵合金中也可以發生共析反應而產生珠光體結構，共析轉變發生于500°C至650°C，共析反應為FCC→BCC+Ni3Ti，片層結構由BCC相和Ni3Ti相片層交替排列而成。由于高熵合金中的遲滯擴散效應導致高熵珠光體的片層狀結構比鋼中珠光體更精細，因此珠光體高熵合金的硬度更高且在500°C和550°C時具備良好的熱穩定性。同時，與鋼中的珠光體結構類似，多主元珠光體的片層間距也隨共析轉變溫度的升高而增大，同時硬度隨片層間距的增大而降低。該珠光體高熵合金不僅在室溫下具備優異的耐磨性能（磨損率~2×10-5mm3/Nm），在550℃與600℃的環境下耐磨性能依然良好（磨損率<3×10-5mm3/Nm），低于相同溫度下一系列高速鋼或已開發的耐磨多主元合金。磨料磨損是該高熵合金在室溫下的主要磨損機制，磨損速率與硬度呈典型的負相關關系，符合Archard定律。氧化和剝層磨損是該合金在高溫下的主要磨損機制，這是因為在磨痕表面形成了致密的保護性氧化層，以及具有足夠熱強度和熱穩定性的高加工硬化納米再結晶層。因此，高熵合金中的珠光體結構是一種值得進一步研究和優化的具有極端環境應用前景的高性能結構，同時該研究為耐磨多主元合金的開發提供了新的思路。

9. 超粗晶硬質合金的高溫力學行為

據北京工業大學官網報導，北京工業大學等單位的研究人員發現Ta對硬質合金力學性能的貢獻主要取決于TaC或Ta的存在形式和位置。為此，設計實驗分析超粗晶硬質合金的晶粒形貌、應力分布和位錯形態，研究了TaC對超粗晶硬質合金高溫壓縮行為的影響。建立了抗壓強度、WC連續度和位錯形態與溫度和TaC加入量的關系。在一系列實驗表征和應力計算的基礎上，提出了Ta溶入WC強化超粗晶硬質合金的機理，相關論文以題為“High-temperature mechanical behavior of ultra-coarse cemented carbide with grain strengthening”發表在Journal of Materials Science & Technology。研究發現添加TaC的超粗硬質合金中WC晶粒在WC/Co相界的連續性較低，并具有圓弧邊緣的特征形貌。在相同的超粗晶粒尺寸水平下，與未添加TaC的硬質合金相比，添加TaC的硬質合金在高溫下的抗壓強度明顯提高。

10. 高熵誘導的金屬玻璃中的玻璃-玻璃轉變發表在《Nature Communications》

據江蘇科技大學官網報道，江蘇科技大學海洋裝備研究院丁紅瑜博士與清華大學姚可夫教授課題組合作，在高熵金屬玻璃的玻璃-玻璃轉變研究方面近期取得重要進展。4月21日，研究工作以“高熵誘導的金屬玻璃中的玻璃-玻璃轉變”（High-entropy induced a glass-to-glass transition in a metallic glass）為題，發表在《自然·通訊》（Nature Communications）上。在本論文中，研究者們制備了一種包含五種金屬元素（Nb，Ni，Zr，Ti，Co）的合金，這五種元素以等原子比形式存在，通過快速冷卻的方法得到了高熵金屬玻璃。研究發現，制備的NbNiZrTiCo高熵金屬玻璃在加熱過程中觀察到了顯著的玻璃-玻璃轉變，且與玻璃-玻璃轉變現象所對應的放熱量比在之后更高溫度下發生的晶化過程的放熱量更大。通過同步輻射X射線衍射、透射電子顯微鏡、以及三維原子探針的進一步分析，排除了晶化和調幅分解的可能，并確認了玻璃-玻璃轉變的發生。此外，對樣品進行的原位同步輻射X射線衍射實驗結果表明，玻璃-玻璃轉變前后的樣品仍保持非晶態結構特征，但其雙體分布函數中第一峰發生非線性變化，且第二峰發生顯著劈裂，表明結構發生顯著變化。非晶結構的變化也引起了性能的顯著變化，玻璃-玻璃轉變后，硬度和楊氏模量分別增加了40%和10%左右。