高温合金具有良好的高温强度、断裂韧性和组织稳定性，优异的抗氧化腐蚀、抗高温蠕变和抗高温疲劳性能，被广泛应用于航空发动机和工业燃气轮机的核心部件，是现代国防建设和国民经济发展不可或缺的关键材料。为了提高高温服役性能，微量元素硼(B)被广泛加入到几乎所有的商用高温合金中。B在高温合金中的固溶度非常低，故在高温服役过程中会析出各种各样硼化物，如M2B，M3B2和M5B3，其中M代表多种金属元素，如W，Mo， Cr， Ni等。尽管这些硼化物在高温合金中普遍存在，但人们对于其认识仍停留在形貌特征等比较宏观的尺度上。而基于这些析出相精细结构的深入认识有助于人们优化材料设计及合理的阐述结构性能关系。近年来，课题组成员胡肖兵博士基于像差校正电镜，利用各种先进电子显微学方法对以上三种硼化物进行了系统的微结构解析，取得了系列原创性的重要研究结果。
针对M2B型硼化物，胡肖兵博士首次发现该物相包含复杂的缺陷特征。其结构不能用文献中报道的单一结构来解释，应该更准确的用多型体结构去描述，如图1所示。该物相主要由C16、Cb、Ca三种晶体结构组成。实验中还确定了以上结构的各种面缺陷特征， 60°旋转挛晶，正常模式的共生以及挛晶相关模式的共生。此外，胡肖兵博士首次提出了多面体堆垛模型，可以完美的用来描述这个复杂的多型体系。该体系中最小的结构基元为反四棱柱，中心为B原子，顶点为金属原子。结合理论计算，进而确定该复杂多型体系中容易出现多种缺陷特征的根本原因在于反四棱柱的守恒性。
针对M3B2和M5B3型硼化物，研究人员普遍认为，不同种类的金属元素是以固溶的形式在点阵中随机分布的。而胡肖兵博士利用原子分辨率的图像及元素分析，首次确定了金属元素在以上两种点阵内的化学有序，如图2、3所示。以上两种硼化物应更确切的用三元硼化物来描述，即L2SB2和L4SB3，其中L代表重元素，如W，Mo；S代表相对比较轻的元素，如Cr，Ni。而这种化学有序本质上属于Wyckoff占位有序，并不改变空间群，因此通过常规的衍射手段很难探测到。同时胡肖兵博士首次将多面体结构堆垛模型引入到以上两种硼化物结构解析中，发现M3B2和M5B3硼化物具有结构相似性。M3B2完全由三棱柱堆垛而成。而M5B3则由三棱柱与反四棱柱交替排列组成。这种多面体结构堆垛的相似性会造成在以上两种点阵中更小尺度的多面体共生，如图4所示。
通过系统电子显微学分析，胡肖兵博士还发现M3B2、M5B3容易共生在一起，具有树枝状形貌特征，如图5所示。且以上两种硼化物与基体三者之间保持很好的取向关系。由于M5B3点阵与基体晶面之间匹配很好，故其界面比较弥散，无奇异特征。而M3B2与基体界面间失配较大，会造成很大的点阵失配。而通过微小的点阵旋转 (～1°)，会在很大程度上释放界面畸变，这就造成新的惯析面会偏离原始的低指数惯析面约7°。同样的，M3B2与M5B3界面直接也有奇异特征，如图6所示。硼化物在基体中析出属于固态相变范畴，胡肖兵博士进而利用相变晶体学合理解释了以上三者之间的界面特征。
胡肖兵博士针对硼化物工作的系统研究，取得了系列原创性的重要结果，在Acta Mater.，Metall. Mater. Trans. A, Philos. Mag. Lett., Sci. Rep.杂志上以第一作者身份发表6篇学术论文，并应邀在金属学报上发表综述论文。以上硼化物研究工作得到了国家自然科学基金、科技部重大项目的资助(资助号：2009CB623705，2010CB631206，11327901、51871221)。
相关论文链接：
1、M2B硼化物结构解析：Acta Materilia 68 (2014) 70-81；Acta Materilia 100 (2015) 64-72
2、M3B2与M5B3结构缺陷解析：Scientific Reports 4 (2014) 1-9
3、M5B3的界面析出行为：Philosophical Magazine Letters 96 (2016) 273-279
4、M3B2与M5B3中的化学有序：Acta Materilia 149 (2018) 274-284
5、M3B2、M5B3、基体三者间界面特征：Metallurgical and Materials Transactions A (https://doi.org/10.1007/s11661-020-05646-y)
6、硼化物研究综述：金属学报 54 (2018) 1503-1524
图1 M2B内不同变体间的共生特征
图 2 M3B2型硼化物中的化学有序
图 3 M5B3型硼化物中的化学有序
图 4 M5B3相中的多面体尺度共生
图 5 M3B2、M5B3、基体间的取向关系
图 6 M3B2与M5B3之间的奇异与非奇异界面特征 | 
