美研究人員研發(fā)出全新高熵合金強度高于鈦合金
2014年12月22日 14:22 6272次瀏覽 來源： 中國有色網(wǎng) 分類： 新材料前沿
來自美國北卡羅萊納州立大學和卡塔爾大學的研究人員合作，日前研發(fā)了全新高熵合金，該材料擁有更高的強度重量比，目前任何一種金屬都不具備這樣的優(yōu)越性能。研究人員利用機械合金法融合鋰、鎂、鈦、鋁和鈧來打造低密度納米晶合金（Al20Li20Mg10Sc20Ti30），預估的材料強度重量比要明顯高出其它納米晶合金，甚至可以與陶瓷相媲美。
高熵合金（HEAs）是多組分合金系統(tǒng)中的一個全新分類，這種合金的設計理念不是向金屬材料中添加單一基本元素，而是選擇那些可以在近等原子混合條件下，形成固溶體的各種元素物質(zhì)。
低密度、高強度合金的應用在交通運輸和能源領域有助于節(jié)省資源消耗，雖然相關研發(fā)一直都是被關注的熱點問題，但是迄今為止很少有低密度高熵合金研究的報導（這里低密度是指密度小于3克/立方厘米），而單相低密度高熵合金甚至從沒有被報導過。發(fā)表的專業(yè)論文則在生產(chǎn)工藝、材料結(jié)構和機械強度等方面詳細分析了創(chuàng)新型低密度高熵合金。
因為鋰和鎂具有較高的蒸汽壓力，研發(fā)人員利用機械合金法來生產(chǎn)合金，而不是傳統(tǒng)的熔融鑄造工藝。隨著處于高純度氬保護氣氛手套式操作箱中的不銹鋼球，原材料粉末被輸送到不銹鋼瓶中；球磨研磨工藝在一個改進的SPEX 8000混磨機中執(zhí)行，混磨機首先要在液氮環(huán)境下冷卻2小時，然后在室溫下連續(xù)研磨14個小時。液態(tài)氮氣冷卻混磨機，能夠防止在機械研磨初期，因摩擦生熱造成的粉末熔接現(xiàn)象發(fā)生。
新型高熵合金的密度為2.67克/立方厘米，納米晶晶粒直徑為12納米，機械硬度達到5900兆帕。密度大小和鋁合金基本相同，但是強度要超過鈦合金，具有高強度和低密度的雙重特點；強度重量比甚至可以與一些陶瓷相提并論，而且比陶瓷更有韌性，不易碎裂。研發(fā)人員還在圍繞這種新型材料展開更深入的工作，試圖全面了解該高熵合金的特性，并發(fā)掘出最合適的生產(chǎn)制造工藝。
現(xiàn)在這種合金面臨的最主要問題是，材料含有20%的金屬鈧，而鈧的價格非常昂貴；研發(fā)人員正努力探究鈧是否能夠從合金中被取代或移除。
責任編輯：陳巖
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