近日，国际材料科学领域顶级期刊《Acta Materialia》（影响因子：9.4）在线发表了题为“Achieving superior high-temperature strength-ductility synergy in a Cu-Ag-Zr alloy via trace Ce doping induced atomic substitution and precipitate refinement”的研究论文。长沙理工大学为该论文第一完成单位，材料科学与工程学院吴翔博士为论文第一作者，刘小春副教授为通讯作者，2023级硕士研究生庞文凤为第二作者。
高导热铜合金是火箭发动机燃烧室等极端工况热传输结构件不可或缺的关键材料，但其存在高温强度与塑性急剧衰减、热导率与力学性能难以协同提升的固有瓶颈，长期制约着新一代高推重比航空航天发动机的研发与迭代。针对这一行业共性难题，刘小春科研团队在经典高强高导NARloy-Z（Cu-3Ag-0.5Zr）铜合金体系中，仅添加0.2 wt.%的微量稀土元素铈（Ce），成功实现了合金高温强度、塑性与热导率的同步优化，并基于长沙理工大学球差电镜中心的高端电镜平台，系统揭示了微量Ce的强韧化与导热调控微观机理。研究表明，Ce具有极高的化学活性，可高效净化铜基体中的游离氧、钙等有害杂质，原位生成热稳定性优异的纳米稀土氧化物颗粒，实现晶界纯净化调控与弥散强化双重作用。原子尺度表征结果证实，Ce原子可部分取代亚微米Cu4AgZr金属间化合物中的Zr晶格位点，形成稳定的Cu4Ag(Zr,Ce)复合相，不仅显著提升析出相的数密度、细化相尺寸并优化其均匀分布，还从本质上抑制了纳米Ag强化相的非连续析出与高温粗化行为。原位高温加热实验进一步验证，Ce可诱导合金发生均匀形核再结晶，同时通过细小弥散的析出相产生强Zener钉扎效应，有效阻碍高温再结晶过程中的晶粒异常长大，全面提升合金的高温组织稳定性。得益于此，微量Ce改性合金在500 ℃高温下抗拉强度提升超过10%，而热导率相较于未添加Ce的基体合金仅降低约1.5%，实现了高温力学性能与导热性能的优异协同，综合性能优于目前多数商用高温高强高导铜合金。本工作为极端热服役环境下高强高导铜合金的成分设计与性能调控提供了可工程化推广的新思路，同时充分揭示了微量稀土掺杂在调控合金析出相高温稳定性、优化晶界结构与行为方面的独特作用与应用价值。
（图/文 吴翔 一审/欧阳炼 二审/谢炜 三审/郑延恒）
该研究得到国家自然科学基金项目（52204371、52371177）的资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2026.122011
