镍基高温合金因其在高温下具有高强度、显微组织稳定性、良好的抗氧化性和耐腐蚀性，被广泛用作喷气涡轮发动机热端部件的盘材。根据其服役条件，人们对γ′相强化高温合金的蠕变性能给予了相当大的关注。尽管718Plus主要是一种γ′相强化高温合金，但其微观组织中也已发现了γ″相，然而，原子尺度的蠕变变形机制以及γ″相影响力学性能的精确作用仍不清楚。

学院马栓副教授联合钢铁研究总院王民庆教授、北京大学段慧玲院士与清华大学朱静院士在航空发动机热端部件用新型变形高温合金领域取得了新进展。该团队通过利用球差电镜和蠕变本构模型定性定量研究了718Plus合金典型蠕变条件下层错处γ″ 形核介导的元素偏析机制，以及析出强化相对材料蠕变性能的贡献值。相关研究成果以“Elemental segregation-dependent γ″ nucleation on stacking faults during creep in 718Plus superalloy”为题发表于金属材料领域知名期刊《Scripta Materialia》。

研究团队通过原子尺度的HAADF-STEM表征和蠕变本构模型，从多尺度揭示了718Plus合金在650 °C/800 MPa和730 °C/500 MPa蠕变变形主要由堆垛层错和微孪晶主导，且在堆垛层错位点处存在明显的Nb和Co富集以及Al和Ni贫化。此外，γ″-Ni₃Nb析出物优先在堆垛层错交界处形核，表明缺陷演化与析出之间存在动态相互作用。基于微孪晶的蠕变本构模型与实验数据的对比分析表明，γ′相中的微孪晶是主要的强化贡献，其滑移阻力约为92.3 MPa，占总强化的62%。与此形成鲜明对比的是，γ″相引起的强化作用可以忽略不计（~0.15 MPa）。这些原子尺度的研究成果加深了我们对718Plus高温合金蠕变机制和γ″相析出的理解，可通过精确的微观结构控制，有针对性地设计具有更高蠕变抗力的下一代高温合金提供了基础性指导，为航空发动机的“延寿”提供保障。

图1.原子分辨率EDS面分布图析出相模型

图2.层错相交的HAADF图像及蠕变模型计算结果

学院马栓副教授、清华大学刘建博士与北京大学张靖宇博士后为本论文第一作者，马栓副教授、北京大学段慧玲院士与清华大学朱静院士为本论文通讯作者。其他合作者还包括西北工业大学贺一轩副教授、清华大学鞠艺伟博士、陕西科技大学王少兰副教授。该项目工作得到工业和信息化部“两机专项”基础研究项目、甘肃省自然科学基金面上项目和兰州市科技局青年科技人才创新项目等支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2026.117186