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中美科学家揭示“百炼钢”化为“绕指柔”的内部机制

2019-10-30 17:04:25 来源:阅读:3123

新华社杭州10月11日电(记者郑虞梦、朱涵)一组中美科学家共同揭示了高强度高塑性金属材料的内在机理。这一发现将为关键材料的性能优化设计和高性能合金的研发提供支持。研究结果于北京时间10日在线发表在《自然》杂志上。

近年来,科学家们发现,具有有序原子排列和无序元素排列的高熵合金理论上可以通过各种元素的固溶体和其他原子比来制备。一些高熵合金可以同时具有高强度和高塑性,从而打破了传统金属中“鱼和熊掌”的困境。

浙江大学材料科学与工程学院、硅材料国家重点实验室的俞谦教授和电子显微镜中心的张泽院士团队,与佐治亚理工学院的朱婷教授和加州大学伯克利分校物资系系主任罗伯特·里奇教授合作,揭开了将“努力工作”转化为“柔软手指”的神秘面纱。

高熵合金由许多元素以高浓度溶解在一起组成,具有清晰的晶体结构和无序的原子分布。研究人员通过原子尺度元素分布表征发现,高熵合金中的元素有独特的浓度波动,各种元素的浓度在晶格间波动在25%-15%之间。

原子的局部不规则排列称为位错,它的存在对材料的物理性能,尤其是力学性能有很大的影响。在高功率电子显微镜下,研究人员发现,高熵合金中的位错线像钱塘江钻孔的波浪一样向前滚动,形成一个“交叉潮”,甚至一个“折返潮”。

这种位错运动导致位错之间相互作用的增加,这提供了更多的变形可能性,并使合金具有更好的均匀变形能力和更好的强度余倩说道。

研究人员表示,高熵合金中独特的浓度波控制是极其精细和连续的,是一种可控和有效的材料强韧化方法。高熵合金兼具强度和塑性以及优异的低温性能,在航空等对温度要求严格的领域的材料制备中具有巨大潜力,在防碰撞领域也将有重要应用。

资料来源:新华社

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