7月27日2020年7月27日
金属间合金可能在高温环境中具有高强度。但它们通常在环境温度和低温下延缓延展性差，因此限制了它们在航空航天和其他工程领域的应用。
然而，由香港城市大学(CityU)的科学家领导的一个研究小组最近在有序金属间化合物的晶粒边界上发现了无序的纳米级层。
纳米层不仅可以有效地解决强度和延展性之间的不可调配冲突，而且还在高温下保持合金的强度，热稳定性。设计类似的纳米层可以打开具有最佳合金性质的新型结构材料的途径。欧洲杯足球竞彩
本研究由香港城市大学特聘教授及香港高等研究院高级研究员刘链条教授领导。这项研究结果刚刚发表在著名的科学杂志上欧洲杯线上买球名为“具有纳米级无序界面的超高强度和韧性超晶格合金"．
就像金属一样，金属间化合物合金的内部结构是由被称为“晶粒”的单个晶体区域构成的。金属间化合物的脆性通常是由于在拉伸变形过程中沿晶界产生的裂纹造成的。
在金属间化合物中加入硼元素是克服脆性的传统方法之一。刘教授实际上是30年前研究这种方法的人之一。
那时，他发现将硼加入二元金属间合金（构成两个元素，如ni3.Al)增强了晶界的黏聚力，从而提高了其整体延性。
令人惊讶的实验结果
近年来，刘教授在块状金属间化合物合金(金属间化合物合金又称超晶格合金，是由长程原子密排有序结构构成)的研究方面取得了许多重大进展。
这些材料具有欧洲杯足球竞彩良好的强度，对高温结构应用非常有吸引力，但通常在环境温度下会出现严重的脆性，以及在高温下晶粒快速粗化(即晶粒尺寸的增长)和软化。
所以这段时间，刘教授和他的团队已经开发了这部小说“界面纳米无序化”多元素金属间化合物合金的策略，使其在室温下具有高强度、大的延展性，并在高温下具有良好的热稳定性。
“我们最初试图做的是通过优化硼的数量来增强晶界凝聚力，”城市大学机械工程系(MNE)和IAS的博士后研究员杨涛博士说，他也是这篇论文的第一作者之一。“我们预期，随着我们增加硼的量，合金会由于其多元素成分而保持超高强度。”
根据常规智慧，硼加入痕量（0.1至0.5原子百分比（At％））基本上通过增加晶界内聚力来提高它们的拉伸延展性。当加入过量的硼时，这种传统方法无法正常工作。
但是，当我们向当前多组分金属间合金添加过量的硼时，我们获得了完全不同的结果。在一个点，我想知道在实验期间出现问题，“Yang博士回忆道。
在将硼增加至1.5至2.5时，令人惊讶的是，当硼增加到1.5至2.5时。％，这些硼掺杂合金变得非常强壮但非常韧性。实验结果表明，金属间合金为2。硼的百分比具有1.6只千兆位的超高屈服强度，在环境温度下拉伸延性为25％。
通过通过不同的传输电子显微镜研究，该团队发现，当硼浓度范围为1.5至2.5时。％，在相邻的有序晶粒之间形成独特的纳米组。将每种晶粒囊肿在该超薄纳米厚的超薄纳米中。
纳米组本身具有无序的原子结构。“这种特殊的现象以前从未被发现和报道过，”刘教授说。
他们的拉伸试验表明，纳米层作为相邻晶粒之间的缓冲带，使晶界发生塑性变形，在超高屈服强度水平下产生大的拉伸延展性。
为什么无序的纳米层形成-
研究小组发现，硼的进一步增加大大增强了“多元素共同分离”-多个元素沿晶界的划分。
利用城市大学先进的三维原子探针断层扫描技术(3D APT)，他们在纳米层中观察到高浓度的硼、铁和钴原子。这是香港和中国南方唯一的此类技术。
相比之下，那里的镍、铝和钛大部分都已枯竭。这种独特的元素分配，导致纳米层内纳米尺度的无序，有效地抑制了沿晶界的断裂，提高了延展性。
此外，当评估合金的热反应时，该团队发现，即使在1050°C的高温下退火120小时后，晶粒尺寸的增加也可以忽略不计。这再次让研究小组感到惊讶，因为大多数结构材料在高温下通常表现出晶粒尺寸的快速增长，导致强度迅速下降。欧洲杯足球竞彩
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他们认为纳米层在抑制晶粒尺寸的生长并在高温下保持其强度的枢转。和无序纳米层的热稳定性将使这种适合于高温结构应用的合金。
“合金中无序纳米层的发现将对未来高强度材料的发展产生影响。欧洲杯足球竞彩特别是，这种方法可以应用于高温环境下的结构材料，如航空航天、汽车、核能和化学工程。”欧洲杯足球竞彩刘教授说。
刘教授是本文的通讯作者。共同第一作者是城市大学跨国公司系的杨涛博士和赵一路博士。城大的其他合作作者包括:香港国际科学研究院材料科学讲座教授兼执行董事黄志清教授、核工程讲座教授Kai Jijung教授、材料科学与工程系李万鹏教授、校际3D APT单元栾欧洲杯足球竞彩俊华博士。欧洲杯线上买球
香港城市大学、香港研究资助局及国家自然科学基金资助该项研究。欧洲杯线上买球
来源:https://www.cityu.edu.hk/