新研究发现双功能纳米沉淀物可以同时提高结构合金强度和延展性

美能源部橡树岭国家实验室和田纳西大学诺克斯维尔分校的科学家们已经找到了一种方法，通过将微小的纳米沉淀物引入基体并调整其尺寸和间距，同时提高合金强度和延展性。纳米沉淀物是在合金冷却时从金属混合物中分离出来的固体。

研究结果发表在《自然》杂志上，将为推进结构材料开辟新的途径。

从上到下，合金分别制成不含纳米沉淀物或含有粗或细纳米沉淀物的合金，以评估其尺寸和间距对机械性能的影响。

延展性是材料经受永久变形而不断裂的能力的量度。除其他外，它决定了材料在破裂之前可以伸长多少，以及这种破裂是否是灾难性的。强度和延展性越高，材料就越坚韧。

如果结构材料可以变得更坚固和更具延展性，那么汽车、飞机、发电厂、建筑物和桥梁的部件就可以用更少的材料建造。更轻的车辆在制造和运行时更节能，更坚固的基础设施将更具弹性。

ORNL 的联合首席研究员 Ying Yang 构思并领导了这项研究。在计算热力学模拟的指导下，她设计并定制了具有特殊能力的合金模型，该合金包含四种主要元素——铁、镍、铝和钛 (FNAT)——形成基体和沉淀物，以及三种次要元素——碳、锆和硼——限制晶粒、单个金属晶体的大小。研究人员通过调整处理温度和时间来改变沉淀物的大小和间距。

研究表明常规沉淀强化和变形诱导转变的互补机制使强度提高了 20%-90%，伸长率提高了 300%。

该研究还揭示了纳米沉淀物的正常强化效果令人惊讶的逆转：具有粗大、间隔较宽的沉淀物的合金比具有细小、间隔较近的沉淀物的相同合金强度更高。当纳米沉淀变得如此微小且紧密堆积以致在材料应变期间相变基本上关闭时，就会发生这种逆转，这与热淬火期间抑制的相变不同。

这项研究依赖于在 ORNL 的 DOE 科学用户设施办公室进行的补充技术，以表征纳米沉淀物和变形机制。在纳米相材料科学中心，原子探针断层扫描显示了沉淀物的大小、分布和化学成分，而透射电子显微镜则显示了局部区域的原子细节。在高通量同位素反应堆中，小角度中子散射量化了细小沉淀物的分布。在散裂中子源，中子衍射探测了不同应变水平后的相变。

接下来，该团队将研究其他因素和变形机制，以确定可以进一步提高机械性能的组合。获取更多前沿科技 研究进展 访问：https://byteclicks.com