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鉻鈷鎳合金成迄今最堅(jiān)韌材料 有望在低溫應(yīng)用領(lǐng)域找到用武之地
2022年12月12日 11:18:49
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點(diǎn)擊量：4020
近日，美英科學(xué)家在近期出版的《科學(xué)》雜志上刊發(fā)論文稱，他們在零下253.15℃附近，研究由鉻、鈷和鎳組成的合金CrCoNi時(shí)，測得了迄今最高的堅(jiān)韌度。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】世界由物質(zhì)構(gòu)成，材料就是人們用來制成各種機(jī)器、器件、結(jié)構(gòu)等具有某種特性的物質(zhì)實(shí)體。材料是人類一切生產(chǎn)和生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，歷來是生產(chǎn)力的標(biāo)志，對材料的認(rèn)識和利用的能力，決定社會形態(tài)和人們的生活質(zhì)量。新材料則是戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石。
由鉻(Cr)、鈷(Co)和鎳(Ni)制成的金屬合金(CrCoNi)是一類被稱為高熵合金的金屬子集。目前使用的所有合金都含有高比例的一種元素，而添加的其他元素較少，但HEAs是由每種組成元素的等量混合制成的。這些平衡的原子配方似乎賦予了這些材料中的一些在受力時(shí)具有極高的強(qiáng)度和延展性的組合，這兩者共同構(gòu)成了所謂的“韌性”。
自從高熵合金首次被開發(fā)以來，其始終是一個(gè)熱門的研究領(lǐng)域，然而直至最近，能夠?qū)⑦@些材料在極限測試中推向極限所需的技術(shù)才得以實(shí)現(xiàn)。近日，美英科學(xué)家在近期出版的《科學(xué)》雜志上刊發(fā)論文稱，他們在零下253.15℃附近，研究由鉻、鈷和鎳組成的合金CrCoNi時(shí)，測得了迄今最高的堅(jiān)韌度。這種金屬材料不僅具有極強(qiáng)的延展性，同時(shí)能夠抵抗永久變形，而且隨著溫度的降低，其強(qiáng)度和延展性會提高。這與現(xiàn)有的大多數(shù)材料相反。
在實(shí)驗(yàn)過程中，研究人員們將材料冷卻到液氮溫度(約77開氏度或-196.15℃)，發(fā)現(xiàn)其具有驚人的強(qiáng)度和韌性。隨后，他們借助中子衍射、電子背散射衍射和透射電子顯微鏡等技術(shù)，在液氦溫度附近對其開展測試。他們發(fā)現(xiàn)，CrCoNi在液氦溫度(約20開氏度，-253.15℃)附近的斷裂韌性高達(dá)500MPa·m^1/2(兆帕乘以米的平方根)，相較之下，硅、客機(jī)上的鋁機(jī)身、一些最好的鋼的韌性分別為1、35、100MPa·m^1/2。在相同溫度下對CrMnFeCoNi合金進(jìn)行的測試表明，其韌性比結(jié)構(gòu)更簡單的CrCoNi合金略遜一籌。
同時(shí)，變形機(jī)制、位錯(cuò)滑移、層錯(cuò)形成、納米孿晶和相變的漸進(jìn)協(xié)同作用可延長CrCoNi的應(yīng)變硬化，同時(shí)提高其強(qiáng)度和延展性，從而產(chǎn)生優(yōu)異的韌性。該項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)使得人們對CrCoNi合金的內(nèi)部工作機(jī)理有了更好的了解，它和其他高熵合金離應(yīng)用于特殊領(lǐng)域又近了一步。并且將使材料科學(xué)界重新思考有關(guān)物理結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系。
盡管CrCoNi的制造成本很高，但有望在寒冷的深空環(huán)境等低溫應(yīng)用領(lǐng)域找到用武之地。鑒于電池行業(yè)飛速發(fā)展導(dǎo)致全球鈷和鎳短缺，研究團(tuán)隊(duì)還將繼續(xù)研究用更豐富且更便宜的元素制成具有類似特性的合金。
(資料來源：科技日報(bào))
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