镍基高温合金是航空航天高温部件的中枢材料之一，其投军温度已逐步进步至约1000°C。然则，当温度向上1000°C时，这些合金会发生显贵的力学性能衰减——这主要源于其相对较低的熔点所导致的高温软化机制。关于高妙音速飞行（>5马赫）、天际探索和先进动力系统等新兴领域，斥地大致在1500°C致使更高温度下保捏结构踏实和力学性能的新材料，已成为要紧需求。

高妙音速飞行器热端部件、核聚变响应堆第一壁材料、先进燃气轮机叶片——这些极点诓骗场景对材料的高温强度、抗氧化性、抗蠕变等性能建议了前所未有的挑战。镍基高温合金的性能天花板，正股东着材料科学界向更高熔点的难熔金属体系探索。 然则，传统合金研发历程依赖教训开首的“试错”模式：合金熔真金不怕火、因素调停、组织表征、性能测试，每个轮回周期长达数周致使数月。当参议领域扩张到由多种主元组成的、近乎无穷因素空间的高熵合金或多主元合金时，这种低效模式濒临远大挑战。如安在高维因素空间中快速锁定地方合金，成为难熔高熵合金领域的关节科常识题。

论文贯穿：

https://doi.org/10.1038/s41467-025-67301-7

高通量履行格式—组合增材制造

USC（南加州大学）参议团队建议了一种组合增材制造（Combinatorial Additive Manufacturing， CAM）技巧。

图1 |Figure 1a 合金设策略略（原文Figure 1a):展示了W、Re、Os三种元素在熔点-杨氏模量图中的位置。这三种元素均位于右上角，熔点均向上3000°C，且具有高杨氏模量，使其成为超高温合金的梦想候选元素; Figure 1b-d组合增材制造技巧旨趣:图b为CAM 3D打印技巧暗意图，三个寂然料斗永别为止W、Re、Os粉末的运送速率；图c为一次打印制备的496个样品的因素散播图，笼罩近通盘W-Re-Os三元相图；图d为单个“纽扣”样品的放大图，直径约5毫米、高度约3毫米。

这项技巧的中枢在于将激光定向能量千里积（Laser-Directed Energy Deposition， L-DED）的工艺生动性与组合材料学的通量履行想想相鸠合。

参议团队登科了三种熔点均向上3000°C的难熔金属——钨（W）、铼（Re）和锇（Os）算作模子体系，给与配备三个寂然送粉单位的L-DED增材制造平台。在成型过程中，通过及时寂然为止各粉末的运送速率，激光熔池中W、Re、Os三种元素的比例可终了一语气变化。

通过组合增材制造技巧，参议团队在数小时内，制备了包含496个寂然“纽扣”样品的因素梯度库，每个样品直径约5毫米、高度约3毫米，因素变化步长为3 at.%。这相通品库险些笼罩了通盘W-Re-Os三元相图，构建了可供高通量筛选的“材料基因库”。

这种高通量履行格式将传统冶金学中需要数成全数月完成的因素空间探索责任压缩至数小时，为高熵合金、难熔金属等前沿材料体系的快速筛选提供了新的技巧旅途。

496个样品中筛选出的WRO-3

赢得因素梯度样品库后，参议团队给与高通量表征技巧对近500个样品进行系统筛选。

最初，通过X射线衍射（XRD）绘图了合金体系的室温相图，识别出不同因素区域的相组成：包括HCP固溶体单相区、BCT金属间化合物单相区、BCC固溶体单相区，以及HCP+BCT和BCT+BCC两个双相区。

图2 | W-Re-Os合金体系相图与微不雅结构（原文Figure 2a-e）

图a为通过高通量XRD构建的W-Re-Os合金室温相图，显现了HCP、BCT、BCC单相区及HCP+BCT、BCT+BCC双相区；图b-e为四个代表性样品的EBSD相图，其中图d显现单相BCT合金存在裂纹，而图c和图e所示的双相区合金无裂纹，呈现出独到的亚共晶组织。

随后，给与高温显微硬度测试系统，测量了悉数样品从室温至1000°C的硬度变化，构建了该体系的高温硬度图谱，用以评估各因素的高温强度与热踏实性。

图3 | 室温及高温硬度图谱（原文Figure 3a，c）

图a为室温硬度散播图，显现含有BCT相的合金硬度最高；图c为1000°C高温硬度散播图，W₄₂Re₃₀Os₂₈所在区域弘扬出优异的硬度保捏率。

通过相图分析与高温硬度数据的轮廓比对，位于HCP+BCT双相区的合金因素——W₄₂Re₃₀Os₂₈(本文简称WRO-3)从496个候选合金中脱颖而出。该因素不仅在室温下弘扬出高硬度，且在1000°C的高温测试中保捏了优异的硬度保捏率。经后续放大制备与力学性能考据，该因素被详情为地方合金。

力学性能

经系统表征，W₄₂Re₃₀Os₂₈的力学性能数据如下：

室温压缩性能：屈服强度达1.83 GPa，压缩塑性为9%。这一强度-塑性组合在难熔高熵合金体系中具有显贵上风。

高温压缩性能：在1400°C测试温度下，屈服强度保捏在1.38 GPa。算作对比，传统镍基高温合金在该温度下已基本失去承载才智。

加工硬化行径：在1400°C高温下，该合金仍弘扬出昭着的加工硬化阶段，标明其在高温投军要求下具有粗略的力学踏实性，这关于高妙音速飞行器、核聚变响应堆等对安全性要求极高的诓骗场景具有要紧敬爱敬爱。

图4 |W₄₂Re₃₀Os₂₈合金的力学性能（原文Figure 4a-c）

图a为室温压缩应力-应变弧线，显现该合金的屈服强度达1.83 GPa，塑性约9%；图b为W₄₂Re₃₀Os₂₈与其他难熔高熵合金及高温合金的强度-塑性对比散点图；图c为从室温至1400°C的屈服强度变化弧线，显现W₄₂Re₃₀Os₂₈在1400°C仍保捏1.38 GPa的高强度，澳门新浦京游戏app远超镍基高温合金偏激他难熔合金。

微不雅组织与变形机制

W₄₂Re₃₀Os₂₈的力学性动力于其独到的微不雅组织与多范例变形机制。

双相微不雅组织

该合金为亚共晶组织，由初生HCP（密排六方）相和HCP/BCT（体心四方）共晶团组成。其中BCT相为ReW型金属间化合物，算作强化相提供高强度的基础；HCP固溶体相算作韧性基体，为塑性变形提供空间。两相造成的纳米层片结构层间距约为360-430 nm，相界面鸠合粗略。

图5 | WRO-3合金的微不雅结构（原文Figure 5a-d） 图a-b为SEM和EBSD图像，显现HCP初生枝晶和HCP/BCT层片状共晶组织；图c为HAADF-STEM图像，显现HCP相（暗）与BCT-ReW相（亮）瓜代成列的纳米层片结构；图d为高分辨TEM图像，显现两相界面的原子结构。

三阶段变形机制

通过透射电镜原位表征，参议团队揭示了该合金在压缩变形过程中的微不雅机制演化：

阶段I（~1%应变）：背应力硬化。软HCP相优先屈服，硬BCT相拦阻位错畅通，在相界面处积存浩荡几何须需位错（Geometrically Necessary Dislocations， GNDs），产生约1.3GPa的背应力，孝顺了约74%的流变应力。

阶段II（~4%应变）：孪生强化。{11̄21}拉伸孪晶在HCP相内浩荡激活，造成孪晶相聚，有用分割晶粒并拦阻位错滑移。

阶段III（~8%应变）：裂纹钝化。HCP/BCT相界面算作韧性缓冲层，使萌发的微裂纹发生偏转、分叉，减慢了宏不雅断裂的发生。

图6 | 室温变形机制（原文Figure 6a-f） Figure 6a-f 室温变形机制：几何须需位错、{11̄21}孪晶、裂纹钝化；Figure 6g-i高温变形机制：{11̄21}和{10̄12}两种孪晶类型（原文Figure 6g-i）。

此外，HCP相的轴比c/a为1.627（略低于梦想密排值1.633），缩小了非基脚滑移的临界分切应力，激活了HCP材料中荒凉的锥面位错，为塑性提供了止境的滑移系。

高温踏实性机制

W₄₂Re₃₀Os₂₈在1400°C仍保捏高强度的机制可归纳为：

1. 高熔点特点 凭据合金因素估算，其熔点约3244°C，为已报谈难熔高熵合金中的最高值之一。1400°C仅荒谬于0.43倍同系温度（Tm），远低于金属材料频繁发生显贵软化的0.5-0.6 Tm阈值。

2. 双相组织踏实性 HCP相为密排结构，原子扩散速率较低；BCT相为复杂多面体结构，具有高配位数和高原子堆积密度；两相界面有用拦阻高温下的晶界搬动和原子扩散。

3. 高温孪生计化 在800°C以上，合金中除{11̄21}孪晶外，还出现了{10̄12}类型孪晶。两种孪晶的协同作用防守了高温下的加工硬化才智。

格式论敬爱敬爱与诓骗远景

W₄₂Re₃₀Os₂₈的发现本人具有材料学价值，而更具浩荡敬爱敬爱的是该参议建树的“打算遐想-高通量制备-快速表征-数据筛选”好意思满格式论：

因素遐想 → CAM快速制备 → 高通量表征 → 多见地轮廓评估 → 地方合金考据

这一创新格式的敬爱敬爱在于将材料发现从“教训开首”推向“数据开首”，为材料基因组计算、东谈主工智能提拔材料研发等宏不雅科学地方提供了可操作的履行平台。

在诓骗层面，W₄₂Re₃₀Os₂₈所展示的极点温度力学性能，为以下领域提供了新的材料选项：

高妙音速飞行器的热端部件、前缘结构

核聚变响应堆的第一壁、偏滤器部件

先进燃气轮机的涡轮叶片、废弃室衬套

科学谷·视界

“ 3D Science Valley 白皮书 图文默契

”

众人难熔高熵合金市集正阅历增长期。据恒州诚想（YH Research）调研统计，2024年众人难熔高熵合金收入规模约1.9亿元，到2031年将接近5.7亿元，2025-2031年复合增长率（CAGR）为17.5%。

从众人极点环境材料研发与诓骗布局例如来看，好意思国桑迪亚国度履行室等机构正将增材制造NbMoTaWVx系合金推向高妙音速飞行器热端部件原型考据；欧盟核聚变计算已将HfNbTaTiZr列入DEMO示范堆第一壁候选材料清单；中国则在NbMoTaWHfN合金中终了1800°C下288 MPa的强度冲突，加快其在新式航天发动机废弃室的诓骗考据。

与此同期，增材制造技巧正在重塑RHEAs的工程化旅途。好意思国劳伦斯利弗莫尔国度履行室（LLNL）最新参议标明，通过调控激光扫描速率可终了微不雅组织的精确“编程”——从多相分离到单相“冻结”，在合并合金体系中赢得从脆硬到强韧的一语气性能谱。国内学者在《航空材料学报》的综述亦指出，增材制造可有用禁锢RHEAs的元素偏析、细化晶粒组织，为处理该材料体系的本征脆性与加工贫窭提供了关节技巧旅途。

将来，跟着“高通量打算遐想-增材制造精确成型-极点环境工程考据”全链条的买通，RHEAs有望在航空发动机、核聚变堆、高妙音速飞行器等高温部件市鸠合占据制高点。这场由难熔高熵合金与增材制造深度交融开首的材料创新，正在将极点环境装备的性能规模推向全新高度。

参考云尔

恒州诚想（YH Research），《众人难熔高熵合金市集参议讲明（2025-2031）》，2025年

Sandia National Laboratories，”Breakthrough in refractory high-entropy alloys for hypersonic applications”，2024 （https://share.sandia.gov/news/resources/news_releases/refractory_alloys/）

EUROfusion Consortium，”DEMO divertor and first wall materials roadmap”，2024 （https://euro-fusion.org/programme/demo/）

Wan Y， Cheng Y， Chen Y， et al.A Nitride-Reinforced NbMoTaWHfN Refractory High-Entropy Alloy with Potential Ultra-High-Temperature Engineering Applications. Engineering， 2023， 30: 110-120. DOI: 10.1016/j.eng.2023.06.008

Lawrence Livermore National Laboratory，”Microstructure engineering in additively manufactured high-entropy alloys”，LLNL Research Brief， 2024

吴渊， 等. 增材制造高熵合金的参议进展与瞻望. 航空材料学报， 2023， 43(6): 1-15

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