研究人员开发出新合金 可同时提高金属材料的强度和伸长率

盖世汽车讯 正如跷跷板的一边上升而另一边会下降一样，在金属材料领域，“强度”和“伸长率”通常不可兼得。据外媒报道，来自韩国浦项科技大学（POSTECH）和美国西北大学（Northwestern University）的合作团队最近开发出一种新合金，可以同时增强这两种特性。

图片来源：POSTECH

该研究团队由来自POSTECH黑色金属与生态材料技术研究生院（Graduate Institute of Ferrous & Eco Materials Technology）和材料科学与工程系（Department of Materials Science and Engineering）的Hyoung Seop Kim教授、黑色金属与生态材料技术研究生院的Yoon-Uk Heo教授以及材料科学与工程系博士生Hyojin Park组成，并与美国西北大学材料科学与工程系的Farahnaz Haftlang博士合作。

该研究团队共同解决了金属研究中一个长期存在的问题：强度和伸长率之间的平衡。此次研究的突破在于设计出兼具高强度和高伸长率的合金。这项研究成果已发表在期刊《自然通讯》（Nature Communications）上。

屈服强度是材料（如金属）开始变形时的最小应力。要提高材料的耐久性和结构安全性就必须提高其屈服强度。通常情况下，研究人员是通过“沉淀物”（嵌入金属中的微小颗粒）来增强其微观结构。然而，在这一过程中，沉淀物的结构往往与基体金属不同，导致在强度增加的同时伸长率降低。这种“强度”和“伸长率”之间的权衡使得同时提高这两种特性成为一个挑战。

POSTECH Hyoung Seop Kim教授的团队介绍了一种称为“旋节分解（spinodal decomposition）”的新方法来解决这个问题。该方法是将固溶体自发分离成两种不同的相，从而形成原子排列规则的纳米级结构。

在这项研究中，铜（Cu）和铝（Al）被添加到铁基中熵合金中，以触发纳米级的周期性旋节分解。这一过程会导致旋节硬化，而旋节硬化能够增强对结构变形的抵抗力。由此产生的微观结构能够提高材料的强度。并且，由此产生的微观结构具有均匀排列的特征，能有效地将应变分布到整个材料中。这种分布有助于最大限度地减少局部变形，从而在保持伸长率的同时提高整体强度。

实验表明，与传统合金相比，使用该方法生产的合金具有更佳的结构完整性，屈服强度达到1.1GPa（千兆帕），比没有旋节分解的合金性能提高了187%。值得注意的是，即使屈服强度提高了，合金的伸长率（28.5%）也几乎与以前相同。这一技术进步使强度和伸长率都得到了提高。

POSTECH教授Hyoung Seop Kim表示：“我们探索了复杂成分合金中旋节结构的机械性能。我们的高强度、高伸长率合金技术有望使航空航天、汽车、能源和电子等行业的产品更轻、更耐用，从而提高这些产品的性能。”