鎳基單晶高溫合金是航空發動機和燃氣輪機渦輪葉片的首選材料，調控基體（γ相）——析出相（γ′相）微觀組織是獲得優異高溫長時服役效能的關鍵。服役溫度升高，微觀組織劇烈退化，效能顯著惡化，
1200℃超高溫下組織穩定性與效能是學介面臨的新挑戰
。
拓撲反轉組織，即γ′-析出相轉變為拓撲基體相，是一種典型的退化組織，通常是合金斷裂失效的前兆。然而反轉組織作為演變產物，其退化明顯減緩，應當具有潛在的組織穩定性。北京航空航天大學李樹索教授團隊從中受到啟發，
研究了一種新型的熱處理態拓撲反轉組織，其具有優異的1200°C組織穩定性（如圖1所示）與永續性能（如圖2所示），並揭示了可能的強化機理，為進一步突破高溫合金承溫極限提供了新的可能性
。相關工作以題為“Topologically Inverse Microstructure in Single-crystal Superalloys： Microstructural Stability and Properties at Ultrahigh Temperature” 的研究論文發表在Materials Research Letters上。論文共同第一作者為茹毅副教授與胡斌博士研究生，茹毅副教授與宮聲凱教授為共同通訊作者，北京航空航天大學為第一通訊單位。
論文連結：
https：//doi。org/10。1080/21663831。2021。1982785
茹毅等人
透過研究模型單晶高溫合金兩相組織等溫轉變曲線（TTT圖），提出了獲得熱處理態拓撲反轉組織的方法
，所得組織相介面平直且幾乎無服役損傷積累。在1200°C等溫熱暴露和應力持久條件下，拓撲反轉組織的微觀組織形貌演變更加溫和，兩相介面密度高且穩定，呈現出優於傳統兩相組織的組織穩定性（如圖1所示）。
圖1.
（a）傳統兩相組織的高溫退化行為，拓撲反轉組織為末期產物；傳統和拓撲反轉組織的熱處理態組織（b-c）， 1200℃/100小時熱暴露微觀組織（d-e）和1200℃/60MPa持久斷裂微觀組織（f-g）
拓撲反轉組織具有相較於傳統兩相組織更為優異的1200℃/60MPa永續性能
，如圖2所示，這說明拓撲反轉組織的良好組織穩定性產生了新的強化作用。合理利用拓撲反轉開展合金設計，或將成為替代經典理論中新增錸和釕提高效能的另一經濟有效的方法。
圖2.
Alloy TIMSC拓撲反轉組織改善了1200℃永續性能
本工作進一步研究了組織穩定性引起強化作用背後的機理。微觀位錯組態研究表明，相介面強化可能是拓撲反轉組織與傳統兩相組織效能差異的關鍵。然而，目前相介面強化理論中對相介面形態與數量的作用鮮有研究。本工作
建立了相介面密度和微觀位錯運動與宏觀塑性積累間關係，揭示了綜合考慮兩相錯配和相介面密度的相介面強化機制
（如圖3所示），為利用拓撲反轉組織調控提高超高溫效能奠定了科學理論基礎。
圖3.
拓撲反轉組織高密度相介面的穩定性及其強化機制研究
本文來自“MRL編輯部，李樹索教授課題組供稿”。
