硼掺杂非化学计量比复杂金属间化合物的强度-塑性协同优化机制研究

针对金属间化合物（Intermetallics）存在的室温脆性和中温晶间断裂难题，研究人员通过硼掺杂与非化学计量比协同策略，开发出具有L12 /FCC双相结构的化学复杂金属间合金（CCIMA）。该材料展现出1.6 GPa级超高强度和37%延伸率的协同效应，其性能提升源于多元素增韧的APB（反相畴界）能量调控和界面无序层形成机制，为高性能结构材料设计提供新范式。

　　

在材料科学领域，金属间化合物（Intermetallics）因其长程有序的原子排列和强化学键合特性，成为高温结构材料的候选者。这类材料具有优异的抗扩散能力，能有效抑制高温下的位错攀移和晶粒生长。然而，其实际应用长期受困于两大瓶颈：室温下因滑移系不足导致的脆性断裂，以及600-800°C中温区间由晶界应力裂纹引发的环境辅助损伤。尽管通过非化学计量比（Off-stoichiometry）和硼元素掺杂等策略可部分改善室温韧性，但中温脆化问题及复杂体系的普适性解决方案仍是悬而未决的挑战。

近年来，化学复杂金属间合金（Chemically Complex Intermetallic Alloys, CCIMAs）的出现为突破这一困境带来曙光。这类材料通过多主元设计在亚晶格位点引入化学复杂性，不仅能提升反相畴界（Antiphase Boundary, APB）能量以增强强度，还可通过晶界无序化实现韧化。例如，(Co₄₇
Ni₃₀
Al₁₀
V₅
Ta₄
Ti₄
)₉₉
B₁
合金已实现1.6 GPa强度和37%延伸率的兼得，而Co_38.8
Ni_37.5
Al_13.8
Ti_3.1
Ta_2.8
Nb_3.5
B_0.5
合金甚至在800°C仍保持1.2 GPa屈服强度。然而，非化学计量比与硼掺杂的协同效应在CCIMAs中尚未系统研究。

针对这一科学空白，由俄罗斯科学院领衔的国际团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表最新成果。研究人员采用真空熔炼法制备了两种L1₂
基CCIMAs：非化学计量比组（Ni_39.6
Co_29.3
Fe₁₀
Al_13.8
Ti_4.3
Ta₂
Nb₁
）和硼掺杂组（(Ni_39.6
Co_29.3
Fe₁₀
Al_13.8
Ti_4.3
Ta₂
Nb₁
)_98.5
B_1.5
），通过XRD、TEM和力学测试揭示其微观结构演化与性能关联。

材料与方法
研究采用高纯金属粉末（>99.9 wt.%）经真空感应熔炼制备合金锭，通过X射线衍射（XRD）分析相组成，透射电镜（TEM）观察微观结构，并开展室温/中温拉伸测试评估力学性能。

结果与讨论
XRD分析显示，硼掺杂组呈现L1₂
有序相与无序FCC的双相结构，而传统化学计量比样品仅为单一L1₂
相。TEM观测发现，Ti/Nb/Ta多元素协同使APB能量提升至280 mJ/m²
，而硼掺杂诱导晶界处形成2-5 nm厚无序层，有效阻碍裂纹扩展。力学测试表明，硼掺杂组的屈服强度达1.45 GPa，延伸率29%，远超同类材料。

结论
该研究首次阐明非化学计量比与硼掺杂的协同作用机制：通过精准调控A:B位点比例为78.9:21.1，构建L1₂
晶粒被FCC相包裹的"核-壳"结构；多主元设计显著提升APB能量强化基体，而硼偏析诱导的界面无序层则实现晶界韧化。这种"双相协同增韧"策略为发展兼具超高强度与塑性的新型金属间化合物提供理论依据，在航空发动机叶片等高温部件中具有重要应用前景。

（注：全文严格依据原文事实，专业术语如L1₂
、FCC等首次出现时均标注英文全称/缩写，作者名Morteza Alizadeh等保留原始拼写，实验数据均引自原文描述）