近日，我院硕士研究生李政在王小健研究员、尤德强高级工程师等的指导下，基于价电子浓度理论和晶格畸变效应设计具有优异力学性能和生物摩擦学性能的TiZrNbTa多主元合金，相关工作以“Design of TiZrNbTa multi-principal element alloys with outstanding mechanical properties and wear resistance”为标题发表在金属材料领域的权威期刊Materials Science and Engineering: A(一区Top，最新IF：6.044)，李政为第一作者，暨南大学为通讯单位。

由生物相容性好的元素（Ti、Zr、Nb和Ta）组成的体心立方（BCC）多主元合金因其高强度和优异的耐腐蚀性能，有望作为理想的骨科植入材料。然而，这些合金大多塑性较差，杨氏模量较高，制约了其应用和发展。在这项研究中，作者通过控制价电子浓度值（VEC=4.2）同时增加BCC相稳定剂Ta的含量来增强晶格畸变，设计了三种BCC多主元合金Ti₄₅Zr₄₅Nb₅Ta₅、Ti_42.5Zr_42.5Nb₅Ta₁₀和Ti₄₀Zr₄₀Nb₅Ta₁₅，并对其微观结构、力学性能、磨损行为以及强化机制等进行了研究。研究结果表明，所有设计的合金均表现出低杨氏模量（59-73 GPa）、高屈服强度（627-990 MPa）和高延展性（19%以上），其中Ti₄₀Zr₄₀Nb₅Ta₁₅合金具有最高的拉伸强度990MPa、低杨氏模量73GPa、良好塑性变形应变19%以及比Ti6Al4V合金更好的耐磨性；对合金的潜在强化机理进行研究发现，其高强度主要来源于严重的晶格畸变效应，Ta的加入通过诱发严重的晶格畸变对合金的强度产生积极影响。通过控制价电子浓度（VEC），同时利用本征晶格畸变（提高平均剪切模量错配），可以有效实现合金模量-强度-塑性平衡，这种协同策略为开发出高性能生物医用多主元合金的研究提供启示。

该研究得到了国家重点研发计划（No.2020YFC1107202）、中央高校基本科研业务费专项资金(No. 21620110)、广东省教育厅项目(2020ZDZX2024)的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.143203