难熔高熵合金（RHEAs）和难熔复杂浓缩合金（RCCAs）因其高强度和耐高温性能而备受关注，但如何在轻量化的同时兼顾强度与塑性，并保持高温下的力学性能，一直是这一领域的瓶颈，Ti基RCCAs因其低密度和潜在的延展性，成为近年来的研究热点。

近日，哈尔滨工业大学团队联合中国科学院金属所，在《Journal of Materials Science & Technology》期刊在线发表了题为“Insights into multi-effects of single element Mo in Ti-rich Ti₄₀Nb₃₀V_25−xZr₅Mo_x refractory complex concentrated alloys: Strength-ductility synergy and high-temperature strengthening”的研究论文，在这项研究中，团队为了在保持轻质化和良好延展性的前提下提升Ti基RCCAs合金的力学性能，通过单一元素Mo的精准调控来调节合金的原子应变场、位错行为与电子结构。论文通讯作者为哈尔滨工业大学安琦副教授和黄陆军教授。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2025.07.052

【核心内容】

团队设计的Ti₄₀Nb₃₀V₂₀Zr₅Mo₅合金在室温下表现出867MPa的屈服强度与26%左右的延伸率，并在1073K的高温下仍保持超过500MPa的抗拉强度，这样优异的性能组合来源于Mo的引入，团队发现，Mo能够显著增加晶格模量错配和不均匀原子应变场，同时促使位错在滑移过程中更易发生交滑移与缠结，最终表现为在合金内构建更为复杂的位错亚结构网络。

图形摘要

【研究方法】

团队通过真空电弧熔炼法熔炼纯度≥99.95 wt.%的Ti、Nb、V、Zr和Mo的金属颗粒以此制备Ti₄₀Nb₃₀V_25−xZr₅Mo_x （x=0，3，5）合金，为了表征合金在高温条件下的力学性能变化，分别在室温与高温条件下进行拉伸试验，应变速率分别为5.6×10⁻⁴ s⁻¹（室温）和1×10⁻³ s⁻¹（高温），且测试均重复至少三次以保证可重复性，并使用纳米压痕机进行5×5压痕阵列的纳米压痕测试，结合DIC、SEM、EBSD、TEM以及CALPHAD相图计算与DFT模拟，深入揭示Mo在合金中的多重作用机制。

【研究成果】

① 单相结构与微观特征

在引入Mo之后，合金依然保持单相体心立方结构，未观察到含Mo析出相，且随着含Mo量的增加，平均晶粒尺寸得到细化，Mo5（Ti₄₀Nb₃₀V₂₀Zr₅Mo₅）的平均晶粒尺寸为16.6μm。

合金相图与稳定区间（CALPHAD计算结果）

EBSD晶粒取向与相分布

② Mo引入提升原子尺度应变场

Mo的加入引入的更大的原子应变，并使其分布趋于不均匀分布，使位错在滑移过程中受到更强阻碍，从而提升了合金的本征强度。

HRTEM与原子应变分布

③ 室温力学性能：强度与延展性的协同提升

Mo元素的引入协同提升了合金的强塑性，Mo5在室温下的屈服强度比Mo0提高了20%，达到了867MPa，同时延伸率提高至25%左右，应变硬化速率稳定保持在约2GPa，Mo5在拉伸过程中应变分布更加均匀，相比Mo0有效延缓了局部颈缩的发生。

室温应力–应变曲线与应变硬化行为

DIC应变场分析

TEM变形亚结构

④ 高温性能：轻质合金的优异强度保持能力

在高温下，密度仅6.4g/cm³的Mo5合金表现出优异的综合力学性能，在1073K时，抗拉强度仍可超过500MPa，这一性能表现优于传统钛合金和部分Ni基高温合金。

高温拉伸后显微组织演变

DFT计算的电子结构

Mo5与Ni基超合金、Ti合金、TiAl合金等的高温强度对比图

【总结与展望】

该研究开发出了一种新型的Ti₄₀Nb₃₀V₂₀Zr₅Mo₅RCCA，该合金具有相对低的密度，在室温与高温条件均有优异的力学性能，这项研究为设计新型轻质耐高温结构材料提供了重要思路，未来有望在航空航天和能源装备领域发挥重要作用。