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我国新突破!给金属材料搭“钢筋骨架”可大幅提升稳定性

来源:中新网 时间:2025-04-04 07:23 阅读量:13674   
导读在金属材料的世界里,有一个“不可能三角”规律,即:金属的强度、塑性、稳定性,这三者不可兼得,此消彼长。我国科学家经过多年研究,提出了一种全新的结构设计思路,成功让金属材料在保持强度和塑性的同时,大幅提升稳定性。这一成果于北京时间4月4日凌晨...

在金属材料的世界里,有一个“不可能三角”规律,即:金属的强度、塑性、稳定性,这三者不可兼得,此消彼长。我国科学家经过多年研究,提出了一种全新的结构设计思路,成功让金属材料在保持强度和塑性的同时,大幅提升稳定性。这一成果于北京时间4月4日凌晨在国际学术期刊《科学》发表。

中国科学院金属研究所的科研人员告诉记者,金属材料不稳定的原因是在金属中存在一种缺陷,专业人员称之为“位错”。当金属受到单向波动外力时,位错会移动、积累,悄悄形成不可逆转的变形和裂纹,最终导致突然的断裂。这种损伤破坏了材料的稳定性,就像是金属的慢性病,不易被发现,但后果严重。

如何克服金属材料天生的这种缺陷呢?科研人员提出了一种全新的结构设计思路,通过控制金属往复扭转的特定工艺参数,在其内部引入一种空间梯度有序分布的亚微米尺度稳定位错结构,相当于在金属材料内植入了精心设计的亚微米尺度的三维“防撞墙”筋骨网络,从而阻碍位错活动。

中国科学院金属研究所研究员卢磊告诉记者,科研团队通过被称为循环扭转的技术,在晶粒内部搭起来结构单元尺寸只有头发丝尺寸的三百分之一的“钢筋骨架”,也叫位错胞。在金属材料变形的时候,位错胞要发挥关键作用。当外力来袭时,在内部会形成比头发丝还要细万倍的更密集的“防撞墙”,如同给金属的筋骨网络内又注入了会自动演化的纳米“减震器”,赋予了金属令人惊叹的“遇强更强”的超能力,而且整个强化的过程可以做到均匀发生,不会出现局域变形导致的损伤。

据了解,目前团队做出来的这种搭完“钢筋骨架”的金属材料抗循环蠕变的能力,要比传统的金属材料提高一百到一万倍。其特点在于不改变金属的形状、尺寸、表面状态,但金属材料的服役稳定性大幅提升。这一新突破对现代工业中例如航空发动机、压力容器等方面的研发制造具有十分重要的意义。

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