通过调控Ni-42W合金中超晶格有序度实现力学性能强化的机制研究

为解决金属合金中短程有序(SRO)强化机制受限的问题，研究人员通过调控Ni-42W合金中D1a 亚单胞的择优生长，将超晶格有序空间尺度从亚纳米扩展至数纳米，结合预变形与时效处理显著提升强度。该研究揭示了共格强化、模量失配强化与有序强化的协同作用，为设计高性能合金提供了新思路。

　　

金属材料领域长期面临短程有序(SRO)强化效果有限的挑战。SRO作为原子尺度的局域超晶格排列，其空间范围通常局限于亚纳米级别，难以像传统析出相那样显著提升合金性能。镍基高温合金中添加W等难熔元素虽能形成SRO，但如何通过调控有序度实现性能突破仍是未解难题。

西部超导材料科技股份有限公司的研究团队选择Ni-42W二元合金作为模型体系，通过结合预变形与时效处理，成功将超晶格有序域从0.6 nm扩展至2.0 nm，使合金强度获得显著提升。该成果发表于《Materials Science and Engineering: A》，揭示了有序度扩展与力学性能的构效关系。

研究采用真空感应熔炼制备Ni-42W合金，通过热锻和固溶处理获得均质样品。关键实验技术包括：预变形控制生长动力学、高能X射线衍射(HE-XRD)分析有序结构演变、透射电镜表征D1_a
亚单胞生长，以及基于共格强化、模量失配强化和有序强化模型的定量分析。

实验流程显示，研究团队通过真空电弧重熔优化成分均匀性，在1100°C固溶处理后进行预变形（压缩率15%）和时效处理（600-700°C），系统比较了变形与未变形样品的性能差异。

力学性能部分揭示：700°C时效的预变形样品屈服强度达1.2 GPa，较未变形样品提升约30%，而延伸率仅适度降低。断裂分析表明有序度扩展会引发解理断裂倾向，但预变形可有效抑制此现象。

讨论部分通过HE-XRD证实：时效过程中D1_a
亚单胞择优生长主导有序域扩展，其衍射强度随温度升高持续增强但未形成长程有序的Ni₄
W相。定量分析显示共格强化增量主要源于有序域尺寸和体积分数的协同增加，而D1_a
结构扩展导致模量失配强化出现反常提升。

结论指出：1) Ni-42W中的SRO由Pt₂
Mo、D0₂₂
和D1_a
亚单胞构成，通过控制D1_a
生长可将有序域扩展至纳米级；2) 预变形结合低温时效可实现强度-塑性的优化匹配；3) 共格强化与模量失配强化的定量模型为SRO强化机制提供了新认知。

该研究突破传统SRO的尺寸限制，建立有序度调控与力学性能的定量关系，不仅为镍基合金设计提供新策略，更拓展了金属强化理论的应用边界。通过将原子尺度有序结构与宏观性能相关联，为开发下一代高性能结构材料奠定了科学基础。