美国科学家测量了地球上最强韧的合金
发布时间:2023-03-27   阅览次数:2785次

来自劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence BerkeleyNational Laboratory)和橡树岭国家实验室(Oak RidgeNational Laboratory)的研究人员在研究由铬、钴和镍(CrCoNi)制成的金属合金时,测量了有史以来的强度和韧性。他们发表在《科学》杂志上的一项研究结果表明,这种金属不仅异常强韧,而且随着温度的降低,其性能也会增强。这与现存的大多数其他材料相反。

“当你设计结构材料时,你希望它们强度高又有延展性(strong but also ductile),抗断裂,”该项目的共同负责人、俄勒冈州立大学和田纳西大学高级合金理论与发展主管主席伊索·乔治说。“通常,这是这些特性之间的折衷。但这种材料同时具有这两种特性,而且在低温下不会变脆,反而变得更强韧。”

CrCoNi是一类叫做高熵合金(high entropy alloysHEAs)金属中的一种。目前使用的所有合金都含有一种分量很高的一种元素,同时含有分量较少的其他一些元素,但高熵合金是由每种组成元素的相同的混合物制成的。这些平衡的原子配方似乎赋予了这些材料中的一些在受力时具有极高强度和延展性的组合,它们共同构成了所谓的“韧性(Toughness)”。高熵合金自大约20年前首次开发以来一直是研究的热点领域,但直到最近才有了在极端测试中将材料推向极限所需的技术。

在液氦温度(20 K,-424华氏度)附近,这种材料的断裂韧性高达500 MPa·m1/2。在相同的单位中,一块硅的断裂韧性为1,客机的铝机身约为35,一些最好的钢的韧性约为100。因此,500,这是一个惊人的数字,”研究共同负责人罗伯特·里奇(Robert Ritchie)说。

里奇(Ritchie)和乔治(George)在近十年前开始试验CrCoNi和另一种同样含有锰和铁的合金(CrMnFeCoNi)。他们制作了合金样品,然后将材料降低到液氮温度(约77 K,或-321华氏度),并发现了令人印象深刻的强度和韧性。他们立即想在液氦温度范围内进行测试,在接下来的10年里,他们找到了能在如此寒冷环境中对样品进行压力测试的设备,并组建了具备分析工具和经验的团队成员,以分析材料在原子水平上发生的变化。