高温结构材料的设计，需要考虑的性能指标，首当其冲的就是其强塑性的协同，且这一协同不仅是在室温下，更重要的是需要在服役所需的高温环境中维持同样适用的强塑性组合。除此之外还有一个性能需要纳入考量，即在高温环境下，合金材料的氧化会变得更易发生，过度的氧化对合金的性能显然是不易的，因此对于高温结构材料来说，高温下的抗氧化性也是重要的参考性能之一，但要想设计一个能够长期具备强度-塑性-抗氧化性兼顾的合金材料并不是一件容易的事。

近期俄罗斯圣彼得堡国立海洋技术大学与别尔哥罗德国家研究型大学的研究团队成功的以MoNbTaTiSi为基，设计出了能够在1200 ℃实现超高比强度的RCCA合金，为超高温结构材料的设计提供了新方向。目前这一成果于9月8日在材料领域的国际期刊《Scripta Materialia》以“A novel refractory complex concentrated alloy with ultra-high strength at 1200 ℃”为题在线发表。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2025.116982

【核心内容】

在这项研究中，团队在Mo₂₀Nb₂₀Ta₂₀Ti₂₀Si₂₀等原子比合金中引入β-Me₅Si₃相，与bcc相共同构建复合型共晶组织，β-Me₅Si₃相在高温下表现出远优于γ-Me₅Si₃的抗软化能力，并与bcc相协同承担载荷，有效延缓了强度衰减，该结构使合金在1200 ℃依旧保持1110 MPa的屈服强度，比强度达135 MPa·cm³/g，同时，合金在1200 ℃保温100 h仍具组织稳定性，并形成复合氧化层以提升抗氧化性能，这种通过构建稳定强化相协同机制的策略，突破了传统RCCAs在高温下易软化的局限。

图形摘要

1200 °C下比屈服强度的对比分析

【研究方法】

团队通过真空电弧熔炼技术制备了Mo₂₀Nb₂₀Ta₂₀Ti₂₀Si₂₀（at.%）合金，并多次重熔确保合金内部成分均匀，随后利用SEM、EBSD、EDS、XRD等多尺度表征手段分析其显微组织，结合高温压缩实验、断裂韧性测试及氧化实验，系统评估该合金的高温力学性能与热稳定性。

【研究成果】

① bcc/β-Me5Si₃主导的显微组织

Mo₂₀Nb₂₀Ta₂₀Ti₂₀Si₂₀合金的显微结构由约53%的bcc相和39%的β-Me₅Si₃相，而之前一直制约硅化物增强的RCCAs高温性能的γ-Me₅Si₃相仅占8%，β-Me₅Si₃相成为主要强化相，提供了优异的抗软化能力，避免了γ-Me₅Si₃相强度不足对整体性能的不利影响。

铸态MoNbTaTiSi合金的微观结构表征

② 1200 ℃下创纪录的比强度与高温变形机制

合金在室温时的屈服强度高达2430 MPa，在1200 ℃时依然保持1110 MPa，比强度达到135 MPa·cm³/g，超过了目前已报道的RCCAs，并将软化起始点推迟至0.74Tm，显著优于多数RCCAs的0.45-0.65Tm。

MoNbTaTiSi合金的压缩力学性能

进一步的EBSD分析揭示了其高温变形机制，塑性主要集中在bcc相区域，局部发生动态再结晶并伴随高密度位错的积累；而β-Me₅Si₃相则表现出极高的抗软化能力，几乎不发生再结晶，且能与bcc相协同承担载荷；相比之下，γ-Me₅Si₃相在高温下更易破碎并再结晶，对强度的贡献有限。

1200 °C压缩后结构的EBSD表征

③ 优异的热稳定性与抗氧化性能，兼具一定断裂韧性

除了强度表现之外，该合金在高温服役所需的结构稳定性和抗氧化能力方面也展现出优异性能，在1200 ℃ 保温100 h后，其组织的相组成、体积分数和形貌均几乎没有变化，表现出极高的相稳定性。同时，在1200 ℃下氧化1 h的质量增重仅为3.7 mg/cm²，这一性能得益于表面形成了以TiNb₂O₇为主、并含TiO₂和SiO₂的复合氧化层，为合金提供了短期保护。虽然该氧化层在6h后出现剥落，但通过进一步优化组织向全共晶结构转变，有望显著提升其长期抗氧化能力。

相稳定性、氧化行为和断裂韧性综合表征

【总结与展望】

团队在Mo₂₀Nb₂₀Ta₂₀Ti₂₀Si₂₀合金中实现了1200 °C下RCCA合金体系创纪录的比强度——135 MPa·cm³/g，并兼具优异的热稳定性和抗氧化性能，未来，随着组织调控策略的进一步完善，该合金有望在高温性能方面实现更大突破。