高熵与非晶合金材料团队
高熵与非晶合金材料团队
【骨干成员】
吕昭平 北京科技大学教授，杰青
汪卫华 中科院物理所研究员，中国科学院院士
张 勇 北京科技大学教授
柳延辉 中科院物理所研究员，杰青
吴 渊 北京科技大学研究员，优青
【研究背景】
高熵和非晶合金是新型的强无序合金。然而传统的开发方式耗时费力且面临着数据支撑不足等挑战，采用材料基因组方法，连续调控生长变量，可以实现系列样品的平行制备，加速对高熵合金和非晶态合金材料的探索和研究。通过材料基因组方法，一方面可以通过实验手段实现大量高熵和非晶合金材料样品的快速合成、结构表征、性能测量，筛选出具有预期特性的新材料，另一方面可以通过高通量表征获得系统、完整的实验大数据，从中发现高熵合金和非晶合金的形成规律和物理机制，进而形成材料设计的新方法。
【研究目标】
基于高熵和非晶合金的计算和实验数据的采集、积累、整合与应用，研发高通量试验与计算方法，揭示强无序合金微观组织、结构和性能之间内在规律，实现该类合金组织调控，突破多尺度数据建模瓶颈；建立强无序合金组织结构、力学和物理性能及相形成规律数据高通量采集及机器学习技术，形成专用数据库系统，缩短开发新型高熵和非晶合金的时间并降低研发成本。
【主要研究内容】
1. 高熵与非晶合金的结构-性能关联
2. 高熵与非晶合金的高通量设计与机器学习技术
【重要研究进展】
发现高熵合金新型间隙原子存在状态，提出新型强韧化机制
本团队以等原子比TiZrHfNb高熵合金为模型合金，通过添加适量的氧，首次发现了间隙氧原子在合金中存在另外一种介于常规随机间隙原子和陶瓷相之间的全新间隙原子存在状态，并将其命名为“有序间隙原子复合体（ordered interstitial complexes）”。这种有序间隙原子复合体结构能够显著提高合金的强度和塑性，打破了金属材料强度和塑性不可兼得的魔咒，为科研工作者重新认识间隙强化和有序强化并设计出高强度高韧性金属材料提供了新思路。该成果发表于Nature
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图1 间隙原子复合体的调控与强韧化机制
揭示块体非晶合金结构特点，提出非晶合金强韧化新思路
本团队围绕块体非晶合金研究的关键科学问题开展研究，揭示了非晶合金原子结构特征及原子堆垛的普适规律，提出了非晶合金强韧化的新思路和组织调控机制，建立了在无序固体中通过有序结构强韧化的新理论（图2），实现了组织性能的可控制备，催生了新的非晶结构和强韧化研究方向，不仅为澄清非晶合金原子层次的堆垛结构做出了重要贡献，还为发展高性能非晶合金材料提供了理论依据和新思路。成果获2018年国家自然科学二等奖。
图2 相变诱导非晶合金塑性的力学行为与层错能调控机制
1.发表论文
序号 | 论文名称 | 发表刊物 | 发表 时间 | 收录类别 | 作者 |
1 | Compositional gradient films constructed by sputtering in a multicomponent Ti–Al–(Cr, Fe, Ni) system | Journal of Materials Research | 2018.10 | SCI | Y Zhang, XH Yan, J Ma, ZP Lu, YH Zhao |
2 | Enhanced strength and ductility in a high-entropy alloy via ordered oxygen complexes | Nature | 2018.11 | SCI | Zhifeng Lei, Xiongjun Liu, Yuan Wu, Hui Wang, Suihe Jiang, Shudao Wang, Xidong Hui, Yidong Wu, Baptiste Gault, Paraskevas Kontis, Dierk Raabe, Lin Gu, Qinghua Zhang, Houwen Chen, Hongtao Wang, Jiabin Liu, Ke An, Qiaoshi Zeng, Tai-Gang Nieh & Zhaoping Lu |
3 | Fe-based bulk metallic glasses: Glass formation, fabrication, properties and applications | Progress in Materials Science | 2019.01 | SCI | H.X. Li, Z.C. Lu, S.L. Wang, Y. Wu, Z.P. Lu |
2.授权与申请专利
（1）授权发明专利
序号 | 专利名称 | 专利授权号 | 获准国别 | 完成人 | 类型 | 授权日期 |
1 | 一种铝增强马氏体时效钢及其制备方法 | ZL201610066981.9 | 中国 | 吕昭平,蒋虽合,吴渊,王辉,刘雄军,陈红红 | 发明专利 | 2018-01-02 |
2 | 一种粉末冶金制备多孔钛铝合金的方法 | ZL201610015767.0 | 中国 | 王辉,周冰晨,吴渊,刘雄军,吕昭平,林均品,梁永锋 | 发明专利 | 2018-01-16 |
3 | 一种在高熵合金表面生成复合氧化物纳米管阵列的方法 | ZL201610074979.6 | 中国 | 吕昭平,雷智锋,吴渊,王辉,刘雄军,李睿 | 发明专利 | 2018-04-13 |
4 | 纳米多孔铜/Cu(OH)2纳米线阵列传感器电极材料及其制备方法 | ZL201610645396.4 | 中国 | 刘雄军,李睿,王辉,吴渊,吕昭平 | 发明专利 | 2018-07-31 |
5 | 贵金属及过渡族金属纳米线及纳米网状材料的制备方法 | ZL201710541055.7 | 中国 | 刘雄军,王晶,吕昭平,李睿,王辉,吴渊 | 发明专利 | 2018-11-27 |
（2）申请专利
序号 | 专利名称 | 专利申请号 | 获准国别 | 完成人 | 类型 | 申请日期 |
1 | 一种提高纳米多孔金属表面增强拉曼散射性能的方法 | ZL201810064123.X | 中国 | 刘雄军,王晶,李睿,胡召一,王辉,吴渊,付恩刚,吕昭平 | 发明专利 | 2018.01.23 |
2 | 通过压铸过程制备泡沫铝及铝合金异型件的方法 | ZL201810230120.9 | 中国 | 王辉,朱东帆,吴渊,刘雄军,吕昭平 | 发明专利 | 2018.03.30 |
3 | 一种柔性纳米多孔/非晶复合材料及其制备方法 | ZL201810416430.X | 中国 | 刘雄军,李睿,吕昭平,王辉,吴渊 | 发明专利 | 2018.05.03 |
4 | 一种纳米多孔镍铜/非晶复合电极材料及其制备方法 | ZL201810973691.1 | 中国 | 刘雄军,李志斌,王晶,王辉,吴渊,吕昭平 | 发明专利 | 2018.08.24 |
5 | 高熵合金稳定的纳米金属材料MxNy系合金及制备方法 | ZL201811151299.5 | 中国 | 吴渊,原园,杨质,王辉,刘雄军,吕昭平 | 发明专利 | 2018.09.29 |
6 | 一种高温高阻尼高熵合金及其制备方法 | ZL201811319204.6 | 中国 | 吕昭平,雷智锋，王辉,吴渊,刘雄军 | 发明专利 | 2018.11.07 |
7 | (NbMoTaW)100-xMx系难熔高熵合金及其制备方法 | ZL201811319165.X | 中国 | 吴渊,王正奇,王辉,刘雄军,吕昭平 | 发明专利 | 2018.11.07 |
8 | 无镍无铍无铜高非晶形成能力的锆基块体非晶合金及制备 | ZL201811360928.5 | 中国 | 吕昭平,刘广来,吴渊,王辉,刘雄军 | 发明专利 | 2018.11.15 |
9 | 具有高玻璃形成能力无镍无铍锆基非晶合金及制备和应用 | ZL201811360924.7 | 中国 | 吕昭平,刘广来,吴渊,王辉,刘雄军 | 发明专利 | 2018.11.15 |
3.科研奖励
序号 | 奖项名称 | 颁发单位 | 等级 | 获奖成果名称 | 获奖人 | 获奖时间 |
1 | 国家自然科学奖 | 国务院 | 二等 | 块体非晶的结构和强韧化研究 | 吕昭平，吴渊，惠希东，刘雄军，张勇 | 2018 |
2 | 教育部自然科学奖 | 教育部 | 一等 | 高熵合金的相形成规律及组织性能研究 | 吕昭平，张勇，刘雄军，吴渊，惠希东 | 2017 |