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香港城市大學(xué)楊濤教授團隊聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）趙怡潞教授團隊、呂堅教授團隊及南方科技大學(xué)韓曉東教授團隊，在塊體金屬間化合物抗疲勞損傷設(shè)計方面取得重大突破。他們率先提出“多組元共生”設(shè)計新策略，成功研制出新型核殼結(jié)構(gòu)金屬間化合物。該化合物疲勞極限突破千兆帕，并超過材料自身屈服強度，打破了“疲勞極限低于屈服強度”的傳統(tǒng)認知。相關(guān)成果近日發(fā)表于《自然·通訊》。

金屬間化合物因其獨特的長程有序結(jié)構(gòu)，在強度和高溫穩(wěn)定性方面具有顯著優(yōu)勢，被廣泛認為是航空航天、核能等極端環(huán)境下的重要候選材料。然而，這類材料長期面臨晶界脆性和疲勞性能不足的問題，室溫疲勞極限普遍低于400兆帕，嚴重限制了其在實際工程中的應(yīng)用。

針對這一挑戰(zhàn)，上述研究團隊開創(chuàng)性地提出了“多組元共生”設(shè)計策略。他們以鈷鎳鋁鈦鉭釩硼合金（CoNiAlTiTaVB）多組元L12型金屬間化合物為模型體系，通過調(diào)控鈷（Co）與硼（B）元素在晶界處的協(xié)同偏聚，成功在晶界原位構(gòu)筑了厚度約2納米的面心立方結(jié)構(gòu)無序界面層。該無序界面層不僅有效消解了有序晶界的本征脆性，還作為位錯發(fā)射源，激活了超位錯、層錯和納米孿晶等多種變形機制，有效緩解應(yīng)力集中，抑制疲勞開裂。

數(shù)據(jù)顯示，這一新型合金材料在室溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，屈服強度約1.0吉帕、抗拉強度達1.7吉帕，且均勻延伸率（數(shù)值越高材料越耐拉、好加工、不易局部崩斷）高達33%，實現(xiàn)了強度與塑性的協(xié)同躍升。其疲勞極限高達1100兆帕，為屈服強度的1.1倍。相比（鈷76鈦24）99硼1合金，該新型金屬間化合物的疲勞極限提升了近三倍。

研究團隊表示，這項研究成果有助于加深對金屬間化合物疲勞行為的基礎(chǔ)認識，同時也為新一代高可靠性金屬間化合物的設(shè)計與應(yīng)用提供了重要支撐。