近日，南方科技大学机械与能源工程系逯文君研究员和朱强教授团队，联合南京理工大学朱志光教授，成功利用激光增材制造技术(LPBF)开发出一种高强韧的中熵合金复合材料，并将其研究成果发表在复合材料领域顶级期刊《Composites Part B: Engineering》上。该论文题为“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过程中原位形成的硼化物使得CoCrNi/Cr₂B复合材料具备了高强韧性），该期刊为中科院一区TOP期刊，其影响因子为13.1。

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

金属基复合材料的设计主要集中在协同整合基体和增强相的固有性能，旨在达到优异的强度和延性。该工作通过激光粉末床熔融技术在CoCrNi 合金中通过添加B₄C陶瓷颗粒原位生成Cr₂B硼化物，克服了非原位增强相可能存在团聚和非均匀分布导致材料性能下降的问题。

金属基复合材料由于其高强度和耐磨性，在航空和汽车等工业领域具有广泛应用前景。引入均匀且弥散分布的纳米陶瓷颗粒可有效阻碍位错的运动，从而提高材料的强度。然而，传统的制备工艺往往难以实现纳米陶瓷增强相的均匀弥散分布，且增强相与基体界面的性质直接影响复合材料的失效模式，尤其是界面结合强度较弱时，易导致材料在界面处脱粘，从而提前失效。

为克服传统制备工艺中的挑战，逯文君研究员及其团队在激光粉末床熔融技术的基础上，发展出一项创新的原位合金化策略，成功地制备出强韧的CoCrNi/Cr₂B复合材料。首先，在CoCrNi中熵合金基体中添加1 wt.%的B₄C颗粒，促使硼化物在LPBF过程中原位生成。随后，在LPBF的快速凝固和冷却过程中，硼化物在纳米级位错胞边界处析出，形成了一种纳米级核壳结构，即“软”核（FCC基体）与“硬”壳（Cr₂B析出）。这一独特的核壳结构优化了复合材料的力学性能。CoCrNi/Cr₂B复合材料的性能提升主要归因于纳米核壳结构所产生的异质结构，包括载荷承载强化（load bearing effect）和异质形变诱导硬化（HDI straining）的协同效应。此外，通过TEM原位拉伸实验证明，纳米核壳结构能够有效抑制裂纹的扩展，从而提高材料拉伸强度，同时保持其良好的塑性。

图1：CoCrNi/Cr₂B 复合材料的力学性能曲线。

图2：CoCrNi/Cr₂B 复合材料的变形前的显微组织表征。

图3. Cr₂B 原子结构的微观表征图。

图4.TEM原位拉伸结果。

南方科技大学博士生候军华及博士后钱柄男为论文第一作者，逯文君研究员为论文唯一通讯作者，南方科技大学机械与能源工程系为唯一通讯单位。该工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市科技创新局、山西省重点研究项目和南方科技大学测试中心的资助与支持。

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逯文君研究员及团队介绍：

逯文君研究员于2020年10月加入南方科技大学独立建组，任博士生导师。主要研究领域为金属材料的结构亚稳化、高强轻质化及多维表征技术的研究，在亚稳多主元合金的强韧化设计、新型高强轻质钢的开发、以及多维电镜表征方法三方面取得了一系列创新性的研究成果。近年来，在Nature Materials, Advanced Materials, Nature Communications, Science Advances, Advanced Functional Materials, Physical Review Letters, Acta Materialia等期刊上发表论文100余篇。先后获得国家级青年人才、深圳市海外高层次人才以及新材料国际发展趋势高层论坛优秀青年科学家奖（2021）。担任《Materials Research Letters》、《Advanced Powder Materia》、《中国有色金属学报》与《粉末冶金材料科学与工程》期刊青年编委；连续三年（2021 -2023）入选全球前2%顶尖科学家名单。