天目山实验室内，一块银灰色的金属样品，正经历着-100℃~800℃的极端温度考验。日前，这项攻克材料界“冰火两重天”困境的突破性成果，登上国际材料领域顶刊《Acta Materialia》，引发全球航空航天材料领域高度关注。
传统合金如超高强度的钢，虽在常温下表现出色，可一旦温度升至600℃以上便强度骤降，难以满足航天器结构件、航空发动机热端部件及深空探测装备对材料“全温域”性能的严苛需求。“合金就像鱼和熊掌，高强度、高韧性难以兼得。”天目山实验室章程研究员指着电子显微镜图像和应力-应变曲线说，天目山实验室先进合金设计与制备团队利用多种强化机制，开发出一种适用于室温到高温的铁基高熵合金，实现了宽温域（室温到800°C）的高强高韧性。
据悉，天目山实验室先进合金设计与制备团队章程研究员与赵士腾教授，携手北京航空航天大学、北京科技大学、钢铁研究总院及美国加州大学伯克利分校科学家，创新融合多种强化与变形机制，在特殊设计的铁基高熵合金中植入纳米析出相与复杂成分陶瓷结构。
“多主元组成的高熵合金，可以拥有极大的成分范围以及多种强化与变形机制。通过合金成分的精密设计和微观结构的调控，研究人员成功引入了纳米析出相和分散的复杂成分陶瓷，解决了合金在宽温域难以保持高强高韧性的难题。”章程研究员介绍，这一微观结构的精密调控，赋予材料跨越温域的卓越性能：在常温下，拉伸强度高达1.8吉帕，同时延伸率超过20%，综合性能超越传统超高强度钢。即便在800℃高温环境下，其屈服强度仍接近600兆帕，延伸率同样保持在20%以上，成功规避了现有镍基超级合金的高温脆化风险。
“这项技术可以让探测器在金星地表400℃熔炉和背阴面零下百度的冰狱间自由穿行！”章程研究员以太阳系探测为例，揭示材料的革命性价值——该合金在商业航天涡轮泵、航空发动机叶片等关键部件中展现非常大的潜力。此项突破标志着天目山实验室高性能航空材料智能化设计与制造平台在先进航空航天合金材料体系研发方面取得了重要技术进展，实现了材料基因组工程与智能制备技术的深度融合。
章程研究员透露，目前，研发团队已锁定新目标，深入解析合金中多相组织的协同机制，绘制性能调控图谱；研发耐受1200℃-1400℃的难熔高熵合金，瞄准新一代航空发动机；开展抗宇宙射线材料研究，为深空探测筑牢防线。
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