【哈工大（深圳）宣】（材料学院 文/图）近日，哈工大深圳校区前沿学部材料科学与工程学院赵怡潞教授团队联合香港城市大学杨涛教授团队，及哈工大深圳校区施荣沛教授、南方科技大学严明教授、韩晓东教授等，在金属间化合物的增材制造领域取得重要进展，研究成果以《高度可打印、高强度、高延展性的有序金属间化合物合金》（Highly printable, strong, and ductile ordered intermetallic alloy）为题在《自然通讯》（Nature Communications）上发表。该研究成功将新材料与先进制造进行有机结合，开创性地实现了3D打印超高强韧金属间化合物的可控制备，突破了传统金属间化合物脆性大和加工困难的技术瓶颈。

金属间化合物作为介于金属与陶瓷之间的特殊材料体系，因其独特的超晶格结构使该类合金表现出诸如反常屈服、高加工硬化、良好的抗腐蚀性等优异特性，因此，其在航空航天、先进核能等尖端领域具有重要的战略价值。然而，传统金属间化合物的材料设计与制造面临两大发展瓶颈：首先是严重的强塑性倒置问题：当材料强度高于1吉帕斯卡（GPa）时，其延伸率往往不足5%；其次，复杂部件加工难问题：传统减材制造技术工艺复杂、生产成本高昂，且几何复杂部件的加工效率低。近年来，增材制造提供了一条近净成形的有效途径。然而，以往的增材制造金属间化合物研究通常聚焦于在铝化镍（Ni3Al）、铝化钛（TiAl）等简单成分体系的金属间化合物。这些合金在打印过程中极易生成大裂纹等缺陷，且孔洞多、致密度低，导致打印件的力学性能难以满足实际应用。因此，实现高强韧金属间化合物的高质量打印仍是学界亟待解决的难题。

针对上述问题，赵怡潞教授团队通过“成分设计-工艺创新-结构优化”三位一体调控，开发了一种新型L12化学复杂金属间化合物（CCIMA， Ni58.48Co18.9Si11.6Ti6.6Al4.4B0.02, at.%），并创新性地利用激光3D打印技术首次实现了无裂纹、高致密度（99.995%）复杂构件的增材制造成形。该合金成功突破了3D打印金属件化合物的力学性能极限，其室温拉伸时的断裂强度高达1.6（吉帕斯卡） GPa，均匀延伸率高达35 %，远超其他3D打印金属间化合物与合金的性能。

Ni-Co-Si-Ti-Al-B体系化学复杂型金属间化合物的可打印性及力学性能

进一步研究发现，这种新制成优异的力学性能源于其独特的有序-无序复合结构，即晶内为高度有序的L12结构，晶界附近为化学无序的面心立方（FCC）结构。原子能谱显示，镍（Ni）和钴（Co）占据L12晶体结构的面心位点，而硅（Si）、铝（Al）、钛（Ti）则占据顶点位点。这种高度有序的晶体结构在应力下发生超晶格位错的快速增殖与交互、交滑移、洛默-柯垂尔位错锁（L-C Locks）等独特的变形行为，使合金具有优异的加工硬化能力。此外，合金晶界处钴和硼的共偏聚行为诱导晶界附近发生有序-无序转变，形成一层纳米无序层。相比较于有序的L12晶粒，该无序层能够承受更大的塑性变形，从而降低了合金在变形过程中的局部应力集中，克服了晶界的脆性断裂；而小原子硼的偏析进一步提高了晶界的本征强度。这种“晶内有序-晶界无序”的复合结构设计，使得增材制造化学复杂金属间化合物在高强的应力下仍能获得优异的塑性。该成果为实现高强韧复杂结构金属间化合物的高质量成形提供了新思路，有望推动我国高端装备制造向“智能加工”的转型升级。

热处理态Ni-Co-Si-Ti-Al-B金属间化合物初始组织与相结构

Ni-Co-Si-Ti-Al-B金属间化合物的晶界成分及结构

热处理态Ni-Co-Si-Ti-Al-B金属间化合物在不同应变条件下的变形行为

哈工大深圳校区为论文共同完成单位。哈工大深圳校区赵怡潞教授和香港城市大学杨涛教授为论文的共同通讯作者，该研究获得了国家自然科学基金项目、深圳市科技计划等支持。（编辑 金慧 审核 张惠屏）

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56355-2