调控钛锆铌铝高熵合金动态塑性实现聚能射流侵彻与后效毁伤的协同优化

针对聚能装药侵彻深度与后效毁伤难以兼顾的难题，研究人员通过设计Ti-Zr-Nb-Al高熵合金（E-HEAs）的相结构，系统研究了BCC单相与BCC+α2 双相合金的动态力学性能与射流形态。发现双相S1合金通过调控动态拉伸塑性（2%）形成彗星状粒子射流，在保持侵彻能力的同时，后效毁伤面积提升3倍（67孔洞 vs 23孔洞），并引发高温燃烧效应，为战斗部设计提供了新材料策略。

　　

在反装甲武器领域，聚能装药战斗部的性能优化一直是核心课题。传统铜质药型罩（SCL）虽能形成连贯射流实现8-10倍装药直径（CD）的侵彻深度，但穿透后毁伤范围有限；而金属玻璃（BMG）等脆性材料虽能产生分散粒子射流扩大毁伤面积，其侵彻能力却骤降至0.7 CD。这种"鱼与熊掌不可兼得"的困境，促使科学家将目光投向具有成分设计灵活性的高熵合金（HEA）。

中国某研究机构团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表的研究中，创新性地选用Ti-Zr-Nb-Al体系高熵合金作为模型材料。通过精确控制α₂
相析出，制备出单相BCC（H1/H2）和BCC+α₂
双相（S1）三类合金。研究采用霍普金森杆动态力学测试、X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）等手段，系统分析了微观结构对动态压缩/拉伸性能的影响规律，并通过静动态侵彻实验揭示了射流形态演化机制。

关键实验技术
研究团队通过真空悬浮熔炼制备合金锭，经均匀化热处理获得不同相结构。采用分离式霍普金森压杆（SHPB）测试动态力学性能，结合高速摄影记录射流成形过程。利用电子背散射衍射（EBSD）分析变形机制，通过金相观测和三维形貌重建量化后效毁伤特征。

微结构表征
XRD与SEM分析显示，H1/H2为单一BCC相，而S1中α₂
相以片层状分布于BCC基体。这种差异导致S1在动态压缩时保持31%变形量，但动态拉伸塑性骤降至2%，显著低于单相合金的14-44%。

动态力学行为
单相合金在动态载荷下均表现出优异塑性，H1压缩断裂应变达44%，拉伸应变21%。而S1的双相结构在拉伸时引发α₂
相界面裂纹，导致早期断裂。这种力学各向异性为后续射流形态调控奠定了基础。

射流形态与侵彻性能
所有合金均能形成初始连贯射流，但S1射流在拉伸阶段快速破碎为粒子群，形成头部直径达0.3 CD的彗星状结构。侵彻实验表明，S1与H1均能穿透装甲钢靶板，但S1的后效毁伤面积显著扩大：靶板背面出现67个穿孔和213个弹坑，较H1（23孔/113坑）提升约3倍。

高温毁伤机制
能谱分析证实，射流粒子中的Ti、Al等活性元素在高速撞击时引发剧烈氧化反应，靶板穿孔周围出现明显熔融区域，这种化学能释放进一步放大了毁伤效果。

该研究开创性地通过相工程调控高熵合金的动态塑性，首次实现聚能射流"侵彻-毁伤"协同优化。双相S1合金的彗星状射流兼具头部侵彻能力和尾部分散毁伤特性，其设计原理为新型多功能战斗部材料开发提供了范式。研究还揭示了活性元素释放化学能增强后效的新机制，为后续含能结构材料设计指明方向。这项工作不仅解决了军事领域的实际需求，其揭示的"力学性能-射流形态-毁伤效能"关联规律，对冲击动力学和材料科学交叉研究具有重要启示。