近期，中国科学院合肥物质院固体所内耗与固体缺陷研究部在高性能钼合金研究方面取得重要进展。研究团队通过巧妙设计固相反应，利用HfB2与钼粉中杂质氧反应，在钼晶粒内部形成高密度、高热稳定且均匀分布的纳米Hf颗粒，有效解决了传统弥散颗粒易团聚粗化的难题，实现了钼合金的强度、塑性和高温稳定性的协同提升。相关成果以“In-situ formation of nanoscale Hf dispersoids enabling exceptional strength-ductility synergy and superior thermal stability in Mo alloys”为题，发表在金属材料顶级期刊Acta Materialia (Acta Mater., 2026, DOI: 10.1016/j.actamat.2026.122647)。
钼（Mo）具有高熔点、良好的耐腐蚀性能和较高的热导率等优点，是航空航天、核能以及高温结构部件的重要候选材料。然而，在传统的弥散强化钼合金中，第二相颗粒在高温服役环境下容易发生粗化，并在晶界聚集，从而引起应力集中，严重削弱了弥散强化效果。这一问题不仅限制了传统钼合金强韧性的进一步提升，也导致其微结构的热稳定不足，极大地制约了其在高温环境下的工程应用。
针对上述问题，研究团队创新性设计原位固相反应策略，在Mo基粉体中引入HfB2作为Hf源，并在高温烧结过程中控制HfB2与杂质氧反应，在Mo晶粒内原位形成高密度纳米Hf颗粒。与传统Mo-HfO2合金中HfO2颗粒主要偏聚于晶界不同，该Mo-Hf合金中的Hf颗粒平均尺寸约为54 nm，其中约84%均匀分布于晶粒内部。高分辨透射电镜结果表明，这些纳米尺度的Hf纳米颗粒呈面心立方结构，且Mo/Hf相界面晶格失配度仅为0.04%，界面能为1.28 J·m-2（见图1）。优异的晶格匹配和较低的界面能显著提高了相界面稳定性，为Hf纳米颗粒在Mo基体中的稳定存在提供了有利条件。进一步微结构分析表明，晶内均匀分布的Hf纳米颗粒有效阻碍了位错滑移，促进位错在晶粒内部储存、缠结和相互作用（见图2），从而使Mo-Hf合金在变形过程中保持稳定的加工硬化能力。得益于独特的晶内纳米弥散结构，Mo-Hf合金在400 ℃下的抗拉强度达到754 MPa，总延伸率为22.5%。经1000 ℃退火100 h后，Hf颗粒尺寸和数密度仍保持稳定；退火后的Mo-Hf合金在400 ℃下仍维持741 MPa的抗拉强度和24%的总延伸率，表现出优异的高温组织和力学性能稳定性（见图3）。
该研究提出了一种通过原位固相反应构筑晶内纳米弥散相的新策略，为设计兼具高强度、良好延展性和优异热稳定性的钼合金提供了新思路，对高性能钼基高温结构材料的开发与应用具有重要意义。
余木兰博士生和张艳革副研究员为论文共同第一作者，谢卓明研究员和吴学邦研究员为论文共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金以及合肥物质院院长基金等项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2026.122647
图1. Mo/Hf界面的高分辨透射电镜结果及界面超胞模型。
图2. Mo-HfO2和Mo-Hf合金拉伸变形过程中位错演化的TEM图像。（a-c）传统的Mo-HfO2合金中位错随变形逐渐在晶界附近聚集，导致局部应力集中；（d-f）Mo-Hf合金中的晶内Hf纳米颗粒促进位错在晶粒内部相互作用，提高加工硬化能力。
图3. Mo-Hf合金经1000 ℃退火100 h后的微结构及400 ℃下的拉伸性能。
