隨著各行業(yè)在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境條件下越來越重視可持續(xù)性和材料性能，全球?qū)ο冗M(jìn)材料的需求激增。超高強度鋼（UHSSs）因其卓越的機械性能而備受關(guān)注，這些性能使其在能源、航空航天、交通運輸和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用等領(lǐng)域中不可或缺。然而，現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施和制造業(yè)對先進(jìn)合金的需求不僅僅局限于其機械強度，隨著對材料的使用壽命和結(jié)構(gòu)完整性的關(guān)注度日益提高，尤其是在惡劣環(huán)境中，迫切需要超高強度鋼不僅在力學(xué)性能方面表現(xiàn)出色，而且還要具備強大的耐腐蝕性。

本研究中，中科院金屬所聯(lián)合新加坡南洋理工大學(xué)介紹了一種新型抗菌Fe-Ni-Co-Cr-Ti-Mo超高強度鋼，通過添加銅元素進(jìn)行合金化增強，其強度達(dá)到了約1.8GPa，并在原子尺度上全面研究了銅對該鋼拉伸性能、抗菌功效以及耐腐蝕性的影響。

研究結(jié)果表明，添加銅促進(jìn)了富Cu和Ni?Ti納米析出相的共析出，這不僅提高了鋼的強度，還為奧氏體的逆轉(zhuǎn)變提供了異質(zhì)形核位點，從而改善了均勻延伸率。此外，高密度的富銅析出相破壞了鋼表面的鈍化膜，促使Cu²?離子釋放，這些離子能夠滲透并破壞細(xì)菌群落，顯示出在減少與硫酸鹽還原菌（SRB）相關(guān)的腐蝕方面的有效性。

另外，銅的存在通過抑制富（Cr,Mo）簇的形成增強了耐腐蝕性，這有助于形成更連續(xù)且附著力強的鈍化膜，從而減輕由硫酸鹽還原菌引起的局部點蝕。以上研究結(jié)果凸顯了富銅納米析出相在提高拉伸性能、抗菌功效和耐腐蝕性方面的三重作用，為在易滋生硫酸鹽還原菌的工業(yè)環(huán)境中延長鋼材的使用壽命提供了一種頗具前景的策略。 

該文章以「Cu-rich nano precipitates simultaneously enhance the tensile properties, antibacterial efficacy, and corrosion resistance of ultra-high strength steel」為題發(fā)表于Acta Materialia。

本研究中，通過銅合金化開發(fā)出了一種新型的Fe-Ni-Co-Cr-Ti-Mo超高強度鋼，該鋼具有優(yōu)異的拉伸性能、抗菌功效和耐腐蝕性。以下是本研究的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)和結(jié)論：

（1）原子探針層析成像（APT）結(jié)果表明，含Cu鋼材中富銅析出相的形成，為Ni?Ti的析出提供了大量的異質(zhì)形核位點，從而產(chǎn)生了高密度的富銅和Ni?Ti共析出相。這種共析出不僅加速了逆轉(zhuǎn)變奧氏體的形成，通過相變誘導(dǎo)塑性（TRIP）效應(yīng)提高了延展性，還彌補了通常由相對較軟的奧氏體相體積分?jǐn)?shù)增加所導(dǎo)致的強度降低。因此，富銅相、Ni?Ti相和奧氏體相的共析出實現(xiàn)了高屈服強度和改善后的延展性的最佳結(jié)合。

（2）掃描開爾文探針力顯微鏡（SKPFM）和活死染色結(jié)果表明，富銅析出相通過抑制硫酸鹽還原菌的活性表現(xiàn)出顯著的抗菌效果。高密度的富銅析出相破壞了鋼材表面的鈍化膜，促使Cu²?離子釋放，這些離子能夠滲透并破壞細(xì)菌群落。相比之下，當(dāng)銅僅以固溶體形式存在而沒有Cu²?離子釋放時，抗菌活性是有限的。

（3）電化學(xué)和表面分析結(jié)果顯示，銅的存在通過抑制富（Cr,Mo）簇的形成增強了耐腐蝕性，這有助于形成更連續(xù)且附著力強的鈍化膜。這種改善后的膜穩(wěn)定性和降低的膜破裂敏感性，使得鋼材對全面腐蝕和局部腐蝕都具有更好的抗性。值得注意的是，含有硫酸鹽還原菌的培養(yǎng)基中14天的含銅鋼材，其腐蝕速率比不含銅的鋼材降低14倍以上。