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中国团队研制出最强镁合金材料,登上nature封面 | 独家专访

环球科学  · 公众号  · 科学  · 2017-05-04 18:41

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在公众看来,镁合金似乎没有铝合金那样有名。其实,小到一分钱的硬币、手机笔记本电脑的外壳,大到飞机火箭都离不开镁合金材料。镁合金材料具有重量轻、性能良好,易于加工等诸多优势,一直是材料学的研究热点。

人们的常识中,固态金属在常温下是以金属晶体的相态存在的。同种单质金属或合金比例不变的情况下,构成金属材料的微结构(如晶粒、孪晶等)形态、比例、大小等发生变化都会显著影响金属材料的性质,这就是材料学中一个被称作金相学的独立分支。随着现代电子显微镜技术的发展,科学家和工程师们已经能够从微观的角度观察金属晶体了。

上世纪后半叶,科学家们发现随着构成金属材料的微结构尺寸不断减小,材料的某些性质会发生变化。当单个晶粒的直径达到100纳米以下时,这些现象变得尤其明显,例如材料的强度和硬度会大幅提高,而延展性和韧性会下降。( 本刊记者提示: 材料的硬度和强度不是相同的概念,天然硬度最高的钻石虽然非常耐磨,但在比它“软”得多的铁锤面前不堪一击,所以千万不要在家拿婚戒试!)

由这种纳米级微结构构成的金属材料被称作 纳米金属材料 ,目前已经广泛应用的纳米结构硬质合金就是其中的代表。例如,钨-碳纳米硬质合金可以用来制造直径不足一毫米的高强度钻头。

不为大众所知的是,金属材料能以匀质的 非晶体相态 存在,这一点和玻璃的微观结构类似,因此此种形态下的金属被称为 金属玻璃。 金属玻璃具有良好的弹性和抵抗塑性形变的能力,高尔夫球杆的击球部位就是由金属玻璃制成的,可以在承受巨大冲击后保持形状不变。

图片来源: 香港城市大学


过去的纳米金属材料很难达到理论上的强度。原因主要是在制备纳米金属晶体时存在一定的缺陷,从而导致整体材料强度不足。在相对低应力下,这一点表现的尤其突出。虽然近年来纳米金







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