高密度W55Mo25Fe10Ni10多组分合金的基体与粘结相自适应变形机制及其强韧化研究

为解决传统钨基高密度合金(WHA)因粗晶导致的室温变形能力不足问题，湖南科研团队通过短时机械合金化(8.5 h)结合放电等离子烧结(SPS)技术，成功制备出具有细晶结构(<3 μm)的W55Mo25Fe10Ni10多组分合金(MCA)，其压缩强度达2663 MPa的同时断裂应变达34.4%，揭示了BCC基体与FCC粘结相协同变形机制，为高性能配重材料设计提供新思路。

　　

在军事装备、精密仪器等领域，高密度材料如钨基重合金(WHA)因其优异的密度和强度被广泛应用于动能穿甲弹、陀螺仪转子等关键部件。然而传统WHA通过液相烧结(LPS)制备时，因钨的高熔点导致烧结温度高、晶粒粗化，严重损害材料室温变形能力。虽然通过添加钼(Mo)等元素或采用机械合金化可细化晶粒，但如何平衡高强度与大变形量仍是重大挑战。

湖南科研团队创新性地采用多组分合金设计理念，选择W₅₅Mo₂₅Fe₁₀Ni₁₀（原子百分比）成分体系，通过短时高能球磨(8.5小时)结合放电等离子烧结(SPS)技术，在1250-1350°C温度区间制备出密度达14.9 g/cm³的块体材料。该研究系统考察了烧结温度对微观结构演变的影响，并通过纳米尺度透射电镜(TEM)解析了变形机制，相关成果发表于《Materials Science and Engineering: A》。

关键技术包括：(1) 优化成分设计降低镍含量；(2) 短时机械合金化控制粉末粒度；(3) 多温度点SPS工艺调控；(4) EBSD与TEM联用表征变形机制。

【Microstructures of the milled powders and sintered bulk alloys】
XRD分析显示球磨后粉末形成以BCC为主、FCC为辅的双相结构，SPS处理后获得BCC基体（平均晶粒<3 μm）、FCC粘结相及少量μ相的三相组织。1300°C烧结样品中FCC相呈现连续网状分布，这种特殊形貌为后续协同变形奠定基础。

【Deformation mechanisms】
TEM揭示BCC基体通过位错胞和缠结实现塑性变形，而FCC相则通过孪晶和9R结构（一种特殊层错排列）协调应变。这种"刚柔并济"的变形模式使材料在纳米尺度实现应变分配，宏观表现为优异的应变硬化能力。

【Conclusions】
该研究通过成分-工艺协同优化，突破传统WHA强度-塑性倒置关系：

1. 短时球磨+SPS工艺可有效抑制晶粒长大，获得亚微米级BCC结构；
2. FCC相网状分布促进应力传递，μ相钉扎作用延缓裂纹萌生；
3. BCC/FCC界面协调变形是获得34.4%断裂应变的关键，9R结构转变首次在高密度MCA中被观察到。

该工作为开发新一代高强韧配重材料提供了理论依据，其"多相协同变形"设计策略可推广至其他多组分合金体系。湖南省科技重大专项(2024JC0003)和国家自然科学基金(51971248)为本研究提供了支持。