普渡大學研制出強度比肩不銹鋼的新型鋁合金材料
專欄:行業資訊
發布日期:2018-02-06
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作者:佚名
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鋁合金是一種很不錯的輕量級材料,許多軟飲料都喜歡用它制作易拉罐。不過鋁合金的缺點也很明顯 ——
太脆了。好消息是,普渡大學的研究人員,已經開發出了一種新型的鋁合金材料。通過在金屬的晶體結構中引入“斷層”(faults),這種“缺陷”竟然可以極大地提升材料強度。除了讓新型鋁合金的強度比肩不銹鋼,這項特性也可用于耐腐蝕涂層。普渡大學研制出強度比肩不銹鋼的新型鋁合金材料從微觀層面上..........
鋁合金是一種很不錯的輕量級材料,許多軟飲料都喜歡用它制作易拉罐。不過鋁合金的缺點也很明顯 —— 太脆了。好消息是,普渡大學的研究人員,已經開發出了一種新型的鋁合金材料。通過在金屬的晶體結構中引入“斷層”(faults),這種“缺陷”竟然可以極大地提升材料強度。除了讓新型鋁合金的強度比肩不銹鋼,這項特性也可用于耐腐蝕涂層。
 
普渡大學研制出強度比肩不銹鋼的新型鋁合金材料
 
 
從微觀層面上來講,金屬就是一層層重復堆疊起來的晶體原子組成的。當某一層的模式缺失時,就會遭致“堆垛層錯”(stacking fault)。
 
如果有兩個斷層,則被稱作“雙邊界”(twin boundaries)或“納米孿晶”(nanotwins)。若達到了 9 層,就被稱作“9R 相”。
 
有趣的是,這些堆疊起來的斷層竟然能夠讓材料強度變得更高。有鑒于此,普渡大學的研究人員們希望同時將“納米孿晶”和“9R 相”兩種特性包含進去。
 
普渡大學研制出強度比肩不銹鋼的新型鋁合金材料
 
這份鋁合金樣品將被透射式電子顯微鏡分析,以研究其結晶結構。
 
難度在于,金屬有一個“高堆垛層錯能”(high stacking fault energy),即材料會傾向于“自我糾錯”。兩項新研究作者 Xinghang Zhang 表示:
 
此前有人證實了鋁材料很難引入‘雙邊界’,而‘9R 相’的引入就更難了,因為它的‘堆錯能’太高了。
 
即便如此,他們還是克服了難題,將兩項特性引入到新型鋁材中,在增加材料的強度和延展性的同時,還改善了它的熱穩定性。
 
普渡大學研究人員發明的這種新型鋁合金,擁有比肩不銹鋼的強度特性。
 
為了在新型鋁材中引入“9R 相”,科學家們使用了兩項不同的技術。其一是“沖擊誘發”(shock-induced),即利用激光來轟擊超薄鋁片和二氧化硅粒子。
 
論文一作 Sichuang Xue 稱:“我們發現,該技術可誘發寬度達到數十納米的‘9R 相’形變”。第二項技術則是“磁控濺射”(magnetron sputtering)。
 
該工藝可以可將鐵原子引入鋁的晶體結構中,從而打造出迄今為止強度較高的鋁合金材料。研究團隊稱,該工藝可以拓展至工業化生產的規模。
 
新技術有望在電子設備和車輛的耐腐蝕涂層領域得到應用。Xinghang Zhang 表示:“這些結果展示了如何制造強度比肩不銹鋼的鋁合金材料,該發現對商業有著很多的潛在影響”。
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