超弹合金以无扩散的马氏体相变为基础，在航空航天、汽车制造以及消费电子等领域已获得诸多应用。随着对深空领域的探索力度增加，对探测器上的部件则要求必须适应昼夜交替带来的工作环境温度的急剧变化，如火星昼夜温度范围为80~290K，温度变化区间达170K，而月球昼夜温度范围为100~400K，温度变化区间高达300K的跨度。为了保证组件在宽温域内实现较高的承载能力进而安全服役，还需要目标合金具有较高的超弹临界应力和断裂强度。因此，发展出兼具高超弹应力和宽温域超弹性的合金材料，对满足航空航天和汽车行业等服役环境需要具有重要意义。

北京科技大学吕昭平教授课题组和合作者基于多组元合金的成分设计理念，在TiZrHfCoNiCu合金体系内，开发出一系列在低温区宽温域内具有高临界屈服应力、断裂强度以及超弹性的高熵金属间化合物。其中的典型高熵金属间化合物超弹温度区间达到220K，屈服强度高于500MPa，断裂强度高于2700MPa，在77K时具有4.3%的可回复应变，并且具有相对TiNi超弹合金更低的相变熵和超弹应力温度敏感系数。该工作目前发表在Materials Horizons上。

利用原位同步辐射表征其加载-卸载过程和降温过程中的结构变化行为，发现其与常规超弹合金不同，仅出现了应力诱导B2-B19’马氏体相变，无温度诱导相变产生，且相变过程进展缓慢。通过中子衍射精修发现该类高熵金属间化合物具有B2结构，TiZrHf占据其中一个亚阵点，CoCuNi占据另一个亚阵点，但三种元素在各自的亚阵点上化学无序。进一步利用透射电镜和三维原子探针技术，发现这种长程有序B2结构中的亚阵点化学无序使其易于出现明显的化学成分波动，例如存在富Hf和富NiCo的纳米区域。利用相场模型计算得到，这些成分分布不同的区域表现出不同的马氏体相变倾向并相互限制，最终导致了独特的马氏体相变行为和超弹性能。

图为利用三维原子探针观测到的化学成分波动以及利用相场模拟计算得到的不同区域马氏体变体选择

上述通过多组元合金的局域成分波动开发优异性能的合金不仅可为开发新型超弹合金提供一定的参考，也为理解马氏体相变提供了新的素材。

论文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/MH/D1MH01612A