■團隊成員包括（前排左起）開執中、劉錦川、焦增寶、（後排左起）趙怡潞、楊濤及三維原子探針聯合研究實驗室高級副研究員欒軍華。 城大供圖納米顆粒結合五金屬元素 突破瓶頸硬5倍延展性升1.5倍
香港文匯報訊（記者 余韻）香港城市大學科研隊伍最近成功製造出高強度、高韌性的新型「高熵合金」，結合了五種金屬元素並使用納米顆粒技術，令合金在堅固5倍同時延展性亦提高1.5倍，突破材料科學界數十年來金屬強度與韌性不可兼得的瓶頸。同時，團隊還發現新的合成合金策略，能夠分別於極低溫及極高溫狀態下均保持優異性能，為有關新型超低溫設備，以及飛機和航空等高溫系統的研發奠基。
該項新型合金研究由中國工程院外籍院士、香港城市大學材料科學及工程學系大學傑出教授劉錦川領導，該系高級副研究員楊濤、機械工程學系講座教授開執中，連同城大、香港理工大學、北京工業大學、中南大學及中國科學院金屬研究所多名學者及研究人員參與其中。相關成果已於最新一期的頂尖學術期刊《科學》發表，題目為《多組元金屬間納米顆粒和複合合金的優越機械性能》。
一般來說，隨合金的強度上升，其延展性和韌性會相應降低，因此堅固的合金較難變形或被拉伸而不斷裂。針對有關問題，研究團隊遂以一般稱為「高熵合金」（High-entropy alloys, HEAs）的「多主元合金」為基礎進行改良。「高熵合金」是由五種或以上等量的金屬製成的新型材料，在結構應用方面具有很大潛力。
用鈦代鋁 合金不易脆化
領導研究團隊的劉錦川表示，大部分常見的合金由一兩種主要金屬元素如鎳和鐵組成；但團隊研究發現，若在鐵鈷鎳合金中加入鋁和鈦，生成大量的複合納米顆粒，合金的強度和延展性都顯著提高變成兩者兼備。
就一般高強度合金在塑性變形的過程中，很容易出現頸縮斷裂（局部變形）而導致斷裂的問題，研究團隊採用了新的合成辦法，發現加入由鎳、鈷、鐵、鈦和鋁原子組成的複合納米顆粒，可大大提升合金的均勻塑性變形能力，並已找出理想配方。
劉錦川解釋，以鐵和鈷原子取代部分鎳，有助增強新合金的延展性；用鈦取代部分鋁，則大大減低空氣中水分令合金脆化的機會。
助研製超低溫設備
這種新型合金，較以鐵、鈷、鎳製成的基體合金堅固5倍，延展性亦提高了1.5倍。
他相信，採用這種創新策略製造的新型合金，在零下200度以至1,000度高溫下都將擁有良好的性能；該策略也將為研發新型超低溫設備、飛機和航空等高溫系統提供重要基礎。