每當談及新的民用和軍用發動機設計，滿足航空行業的所有期待與需求，以及各個監管機構的要求時，專家們的普遍共識是：為了滿足未來的能效和排放要求，材料技術必須取得巨大的進步。因此，為了應對這些挑戰，美國陸軍研究實驗室（Army Research Laboratory, U.S.）決定從“細微”之處入手——非常“細微”的地方。

    上圖展示了不同尺寸納米團簇的密度。

    ARL實驗室的科學家正致力于開發具有耐高溫特性的納米材料?？紤]到渦輪發動機內部的溫度可能高達2500°F（1370?C），很顯然這種特性肯定尤為重要。

    “現在，在一個過去所有人都認為永遠不可能實現的材料類型中，我們得到了一種具有革命性的屬性。”ARL實驗室輕質與特種金屬分部材料科學家Kristopher A. Darling博士表示，“讓我來說的話，我們發現的這些新屬性非常驚人，可能有潛力為多種應用帶來革命性改變。”

    Darling博士表示，他和他的團隊成功得到了一種穩定的銅合金結構，并發現這種微結構在高溫下非常牢固。他說，“通常這是不可能的，現在我們正在努力讓這種微觀結構能夠在高溫整合中‘幸免’。”

    美國ARL實驗室輕質與特種金屬分部材料科學家Kristopher A. Darling博士在納米結構中發現了一種“革命性屬性”，可能有機會改變未來的發動機制造領域。

    未來，美國國防部對燃氣渦輪發動機的依賴不會降低，這意味著以后的發動機材料對高結構強度與高熱穩定性的要求將越來越高。“這種特殊的材料是銅，但我們不是說你只能在發動機中用這一種材料。”Darling博士表示，“但銅可以展示此類微結構可以取得的屬性，這比很多你常見的傳統材料強很多倍。”

    Darling博士的團隊希望他們最終可以將這種優秀屬性“復制”至其他類型的材料中。

    “如果可以為鎳、鈷和鉭等其他材料賦予這些屬性，那我們絕對有機會掀起一場發動機技術的革命。”Darling博士表示，“這項發現的獨特之處在于這會打破人們對材料系統的原有看法，甚至完全顛倒大家的認識，然后告訴人們，那些不可能的事情，其實是可能的。比如現在，我們就可以在高溫條件下實現高強度。”

    Darling博士表示，這就是蠕變響應的效應，也就是說在逐漸升溫的環境中，材料在持續壓力的作用之下產生形變的過程。

    “我們在蠕變響應過程中看到了幾個數量級的提升，”他說，“與傳統納米晶體材料相比，蠕變響應材料可以表現出6到8個數量級的提升。”

    很顯然，即使是團隊中的科學家也在初步測試時感到困惑。“有時候，很多成果都是偶然或走運發現的。”Darling表示，“我們開始研究這種材料時就是這種情況，那時的實驗并沒有朝我們預想的方向進行。”

    Darling與機械工程師AnthonyRoberts（左）一起在進行納米材料的基礎和應用研究。

    Darling博士曾向北德克薩斯大學和亞利桑那州立大學的同事們尋求幫助，從而確保他們的觀察結果沒有問題。

    “坦白地說，當我告訴他們時，他們也不相信這一切。”他說，“我告訴他們我們發現了這些屬性，然后他們說這根本不可能發生。然后，他們開始測試樣品，最后自己也吃了一驚。從那時起，我們都開始興奮了，然后開始繼續做更多深入的研究。”

    Darling博士已經研究了這種材料5年了，他自2009年在北卡州立大學獲得博士學位后，就一直在ARL實驗室工作。

    “我剛成為博士后時就開始這項研究了，”Darling博士表示，“現在ARL實驗室中有很多人從一開始就深入參與了這些研究，而且現在也仍在我們的團隊中。之前，我發表的一些有關這種合金的文章吸引了一些大學學者，現在我們開始一起工作，特別是亞利桑那州立大學的Kiran Solanki教授和北德克薩斯大學Rajiv Mishra教授。他們一直在參與我們的項目，負責進行一些機械測試和特性方面的工作。我們的研究成果絕對是集體的功勞。”

    目前，團隊希望能夠將材料的屬性發揮到極致，或者說讓這些材料發揮出最大的潛力。

    Darling教授表示，“關于如何利用微結構進一步優化材料屬性，我們認為應該還有很大的提升空間。”

    金屬材料的納米技術研究仍是一個相對較新的領域。僅僅數十年前，人們還在學習如何大規模合成納米材料，并試圖了解這些材料的基本屬性。

    “我們想要證明的是，這些材料展示了一些與鎳基單晶材料類似的屬性。結果非常令人震驚，你根本無法想象，這種材料可以表現出如此優異的特性。”Darling教授表示，“這樣的材料可能在發動機制造領域掀起一場革命，同時造福于多種軍用和民用應用。”

更多關于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內外最新動態，我們網站會不斷更新。希望大家一直關注中國腐蝕與防護網http://www.ecorr.org

責任編輯：王元

《中國腐蝕與防護網電子期刊》征訂啟事

投稿聯系：編輯部

電話：010-62313558-806

郵箱：fsfhzy666@163.com

中國腐蝕與防護網官方 QQ群：140808414