負熱膨脹材料是降溫時產生反常膨脹(即熱縮冷脹)的特種功能材料，在精密傳動等高技術領域應用前景廣闊。空天大溫差復雜環境應用要求負膨脹材料不僅服役溫域寬，而且具備良好的機械承載性。然而，多數負膨脹材料為本征脆性的金屬間化合物，強度不足；盡管少部分具有負熱膨脹效應的一級相變合金力學性能良好，但存在服役溫域窄的先天不足。因此，亟需研發同時具有高強度和寬使用溫域的負膨脹材料，從而滿足上述苛刻要求。
 

　　近期，前沿院馬天宇教授團隊基于多主元交互效應思想，設計出了一種高強度寬溫域負熱膨脹Fe-Co-Ni-Ti多主元合金。該體系的FCC基體降溫時發生單胞膨脹結構轉變，從而產生負熱膨脹效應；微米尺度的BCC淬火馬氏體和納米尺度的有序FCC顆粒提供強化效應，并約束FCC基體的相變動力學，從而使其具有高強度和寬使用溫域。通過簡單的熱處理調控異質相體積分數，不僅可以進一步提高合金的強度，還可以拓寬負熱膨脹溫域，甚至獲得零膨脹效應。經成分和工藝優化后，合金負膨脹溫域超過200K，可滿足航空工業服役需求；抗壓強度可達2.64 GPa，高于公開報導報道的其他負膨脹材料(圖1)。因此，該工作為發展高強度負膨脹合金提供了新思路，也為大溫差高載荷環境服役的負膨脹材料提供了重要候選。
 

 

　　圖1 FeCoNiTi合金的熱膨脹曲線、壓縮應力-應變曲線、主要性能指標與其他負熱膨脹材料的比較
 

　　相關工作以《超強負熱膨脹多主元合金》(“Ultrastrong Negative Thermal Expansion Compositionally Complex Alloy”)為題在線發表于材料領域國際頂級期刊《先進材料》(Advanced Materials)。西安交通大學前沿科學技術研究院為論文第一通訊單位。合作者包括杭州電子科技大學劉孝蓮博士團隊、四川大學劉暢博士、前沿院梁傳鑫博士和張華磊教授團隊。前沿院助理教授茍峻銘博士和博士研究生潘贇同學為論文第一作者，劉暢博士、梁傳鑫博士和馬天宇教授為論文通訊作者。
 

　　研究得到了國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金項目、中央高校基本科研業務費專項資金項目和金屬材料強度全國重點實驗室等支持。
 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202507767
 

　　馬天宇教授課題組主頁：http://gr.xjtu.edu.cn/web/matianyu/home
 

　　文字：　　前沿院
 

　　編輯：　　王愷悅