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科技日報記者 劉霞
CrMnFeCoNi和CrCoNi在室溫（296開爾文、22.85攝氏度）和20開爾文下的掃描電子顯微鏡圖譜。勞倫斯伯克利國家實驗室供圖
美英科學 家在近期出版的《科學》雜志上刊發(fā)論文稱，他們在零下253.15℃附近，研究由鉻、鈷和鎳組成的合金CrCoNi時，測得了迄今最高的堅韌度。研究表 明，CrCoNi具有極高的延展性和強度，且隨著溫度降低，其堅硬度和延展性會提高而非降低，與現(xiàn)有大多數(shù)其他材料背道而馳，有望在低溫領域發(fā)揮用武之 地。
約10年 前，本研究共同負責人、美國橡樹嶺國家實驗室伊索·喬治等人開始研究CrCoNi和另一種含有錳和鐵的合金CrMnFeCoNi。他們將材料冷卻到液氮溫 度（約77開氏度或-196.15℃），發(fā)現(xiàn)其具有驚人的強度和韌性。隨后，他們借助中子衍射、電子背散射衍射和透射電子顯微鏡等技術，在液氦溫度附近對 其開展測試。
研究共同 負責人、美國勞倫斯伯克利國家實驗室羅伯特·里奇表示，CrCoNi在液氦溫度（約20開氏度，-253.15℃）附近的斷裂韌性高達 500MPa·m^1/2（兆帕乘以米的平方根），相較之下，硅、客機上的鋁機身、一些最好的鋼的韌性分別為1、35、100MPa·m^1/2。在相同 溫度下對CrMnFeCoNi合金進行的測試表明，其韌性比結構更簡單的CrCoNi合金略遜一籌。
研究團隊解釋說，變形機制、位錯滑移、層錯形成、納米孿晶和相變的漸進協(xié)同作用可延長CrCoNi的應變硬化，同時提高其強度和延展性，從而產生優(yōu)異的韌性。
喬治說，最新發(fā)現(xiàn)將使材料科學界重新思考有關物理結構與性能之間關系，“冶金學家說材料的結構決定了它的性質，但NiCoCr的結構非常簡單。不過當它變形時，結構變得異常復雜，這有助于解釋其非凡的抗斷裂能力”。
研究團隊認為，盡管CrCoNi的制造成本很高，但有望在寒冷的深空環(huán)境等低溫應用領域找到用武之地。鑒于電池行業(yè)飛速發(fā)展導致全球鈷和鎳短缺，他們也在研究用更豐富且更便宜的元素制成具有類似特性的合金。