当前播报:西工大在双相合金强韧化方面研究取得突破性进展

2022-11-03 22:58:53

中新网西安11月3日电 (记者 阿琳娜)记者3日从西北工业大学获悉,该校科研团队在双相合金强韧化方面研究取得突破性进展,提出了双相合金的相选择再结晶概念,实现了双相合金力学性能的显著提升。这一研究成果,让人类制造出密度低、强度高,且具有良好变形能力的合金材料,不再只是幻想。


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据介绍,一般而言,自然界中存在的材料,要么“强而脆”,要么“软而韧”,因此,研制出“强且韧”的材料是材料科学家永恒的追求。

金属材料因强度高且具备一定韧性,已经被大量应用于对安全系数要求高的结构件中。比如,现在汽车由金属材料制备的笼式结构,即便受到一定程度的撞击发生变形,也不会完全断裂,从而保护驾乘人员的生命安全。那么,在更极端的环境中,金属材料是否还能满足使用要求呢?

西工大材料学院教授王志军介绍:“举个极端的例子,比如空间站受到太空垃圾的‘袭击’时,太空垃圾会以每秒10公里左右的速度冲向空间站,普通的金属材料会瞬间被击穿。”

从理论上讲,空间站的防护屏障所选用的材料,既要有极高的强度,又要有很高的韧性,同时还要轻便易运输。不仅如此,太空中还有宇宙射线和高低温交替,在这种极端环境下,金属材料也要保持很好的性能。

这就为材料科学家提出了一个非常具有挑战性的课题。从目前金属材料的科学研究来看,使用既强又韧的金属材料,是被动防护的最佳选择之一。

尽管目前空间站中使用的材料是可以防范以上风险的,不过,科学家们还是在不断追求更轻、更高效、更节能环保、更容易制备的合金材料。

西北工业大学材料学院王锦程教授团队,在双相合金中提出的选“相”再结晶概念,为科学家们研制出密度低、强度高,且具有良好变形能力的合金材料提供了理论支撑。

什么是双相金属材料?团队何峰教授打了个比方:“我们可以把双相金属材料中的两个决定其性能的结构(双相),分别比喻为动物的骨骼和肌肉,只有在骨骼强硬、肌肉发达,且软组织柔韧的情况下,一个动物才能有很好的运动能力。”

理论上来讲,双相合金因为具备“骨骼”和“肌肉”协调运行的基本要素,因此理应具有很好的性能。然而,传统双相合金因为受制于加工工艺的限制,“骨骼”之间的连接薄弱,容易“脱臼”,且“骨骼”与“肌肉”之间不能良好协作,因此在真实应用场景下,双相合金的性能总是与理论设想中的相去甚远。

针对这一难题,团队提出了一种独特的“相”选择再结晶概念,让双相合金的“骨骼”韧性更高,“肌肉”和“骨骼”的协调性更好,从根本上消除“脱臼”的可能性。这种方法首次在共晶高熵合金中实现了高达35%的均匀延伸率,并实现了接近2GPa的断裂真应力。

王锦程表示,相对于传统强韧化方案,团队创新提出的新方法,不仅工艺简单,更重要的是调控后的合金强塑性得到了成倍的突破,未来有望在空天防护、高端装甲中获得广泛应用。

何峰表示:“如果有了这样的防护装备,未来,太空旅行的安全指数将大大提高。”(完)

标签: 双相合金

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