西安交大前沿院马天宇教授团队在超弹材料领域取得新进展

突破性超弹合金问世：兼具高强度和宽温域稳定性

超弹性材料因其在高应力下产生超大可恢复变形的能力，成为航空航天、深海探测等高科技领域的理想选择。然而，现有超弹合金通常难以同时满足高超弹应力、大弹性可恢复应变和宽温域稳定弹性模量（Elinvar效应）等苛刻要求。传统超弹合金基于应力诱发马氏体相变，其超弹性范围有限，且缺乏Elinvar效应。

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图1 Nb6-HEA的主要性能及与其他超弹合金的比较

西安交通大学前沿院马天宇教授团队另辟蹊径，采用功能与结构基元协同构筑的新策略，成功研制出一种新型超弹合金——(TiZrHf)44Ni25Cu15Co10Nb6（简称Nb6-HEA）。该合金通过原位生成纳米级功能基元（低弹性模量可相变基元）和微纳多尺度结构基元（高弹性模量不相变强化基元），实现了在-150℃至+100℃宽温域内保持1.2GPa以上的高超弹应力（优于现有商业超弹合金的1GPa）和2.5%以上的超弹应变，同时在600MPa高应力下展现出近乎温度无关的弹性模量，性能优于商业钛镍超弹合金。

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研究发现，Nb6-HEA合金的优异性能源于功能基元和结构基元的协同作用：低弹性模量功能基元在应力作用下发生连续相变，提供大可恢复应变；高弹性模量结构基元则抑制位错滑移，确保高超弹应力。此外，功能基元在降温过程中的应变玻璃化转变，补偿了无相变结构基元的模量硬化效应，从而实现了Elinvar效应。该合金还兼具高硬度和优异的耐腐蚀性。

这些优异的综合性能使其在航空航天、汽车减振、精密计时等领域具有广阔的应用前景。相关研究成果已于2025年1月31日发表在《自然通讯》(Nature Communications (2025) 16:1227)上，题为《一种具有GPa级超弹应力和近乎温度不敏感模量的高熵合金》(A high-entropy alloy showing gigapascal superelastic stress and nearly temperature-independent modulus)。前沿院助理教授苟峻铭为论文第一作者，苟峻铭博士和马天宇教授为通讯作者。

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