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中美科学家揭示“百炼钢”化为“绕指柔”的内部机制

www.bjwosai.com2019-10-17
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新华社杭州10月11日电(记者郑梦雨,朱涵)中美两国科学家的合作表明,金属材料具有高强度和高塑性的内部机理。这一发现将优化关键材料的性能。支持高性能合金的开发。相关结果于10日在北京在线《自然》发布。

近年来,科学家发现各种元素的原子比与固溶体一起可以从理论上产生具有有序原子和无序元素的高熵合金。一些高熵合金可以同时具有高强度和高可塑性,从而打破了传统金属中“鱼和熊掌”的难题。

材料科学与工程学院,电子材料中心硅材料国家重点实验室,硅材料国家重点实验室的于谦教授,佐治亚理工学院的张泽和朱婷教授以及材料系主任罗伯特赖利(Robert Riley),加州大学伯克利分校的齐教授合作破译了高熵合金中元素的分布,并揭开了“白连刚”之谜。

高熵合金通过高浓度的各种元素固溶,晶体结构清晰,原子分布无序。研究人员对原子级元素分布进行了表征,发现高熵合金中的元素表现出独特的浓度波动,并且各元素的浓度在晶格之间波动在25%至15%之间。

原子的局部不规则排列称为位错,其存在对材料的物理性能,特别是机械性能有很大的影响。在高功率电子显微镜下,研究人员发现,高熵合金中条带的位错线似乎是潮汐波,并形成了“跨潮”甚至“返潮”。

“这种位错的运动导致位错之间的相互作用增加,从而提供了更多的变形可能性,从而使合金具有更好的均匀变形和更好的强度,”于谦说。

研究人员介绍说,高熵合金中独特的浓度波控制极为精细和连续,这是一种可控且有效的强化和增韧材料的方法。高熵合金具有强度和塑性特性,并且具有优异的低温性能。在制备对温度要求更高的航空等材料方面,它是有前途的。它还将在避免碰撞领域中具有重要的应用。

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