EPFL研究人員開發(fā)了鎂合金模型，用來研究如何增加金屬的柔韌度。鎂是地球上最輕的金屬，但很難形成可用的形狀。研究人員希望通過這些模型能夠發(fā)現(xiàn)新的、更有延展性的合金，這樣汽車制造商就可以制造出更輕、消耗更少能源的汽車。

    一輛車的重量只需減少100千克，它的能源效率就能提高3.5%左右。汽車、航空航天等行業(yè)內(nèi)的制造商的目標是制造更輕的機器和設(shè)備。實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵可能是鎂，因為它是一種不僅比鋼輕四倍，而且容易找到的金屬。問題是純鎂很難拉伸和成形，所以不能直接使用。因此，EPFL多尺度力學模型實驗室的研究人員開發(fā)了一個模型來預(yù)測鎂與不同元素混合后的性能，以確定哪種合金擁有工業(yè)應(yīng)用所需的變形能力。今天，他們的研究發(fā)表在《科學》雜志上。

    更輕、更具延展性的合金EPFL工程學院教授William Curtin表示，“如果加入少許的稀土金屬、鈣或錳原子，鎂就會變得更有延展性。我們想要從原子層面了解這些合金中發(fā)生了什么，這樣我們就能知道可以通過加入哪些元素以及加入多少使金屬變得柔韌。”雖然鎂的質(zhì)量超輕值得稱贊，但它的延展性也很差。這意味著，它很容易在變形時斷裂，所以它還不能替代鋼鐵或鋁。“解決辦法是找到低成本的、容易獲得的礦物質(zhì)用來制造鎂合金。使用稀土金屬如釔和鈰是很高效的，但是稀土金屬成本很高且不容易獲得。

    這兩個圖顯示了有兩個釔原子存在時的”交叉滑移“過程的初始和最終原子構(gòu)型。藍色原子是幾乎處于完美的鎂晶體環(huán)境中的鎂原子，黃色的原子是遠離完美的鎂晶體環(huán)境的鎂原子，紅色原子是兩個釔溶質(zhì)原子，以此說明合金中與”位錯“缺陷有關(guān)的結(jié)構(gòu)和原子這些研究人員以前發(fā)現(xiàn)了使純鎂難以成形的物理特性。眾所周知，加入某些元素可以使其更具延展性。但是研究人員還沒有很好地掌握其中的物理機制，這意味著他們很難預(yù)測出最好的合金。Curtin表示：”鋼和鋁是最常用的金屬，工程師們經(jīng)常設(shè)計和測試由它們組成的新合金，以開發(fā)更輕、更堅固或具延展性的合金。“ 但是影響合金延展性的因素仍然是個謎，許多材料仍在實驗開發(fā)中。

    在原子尺度上研究金屬EPFL的研究人員研究了鎂原子與添加的原子之間的相互作用。他們發(fā)現(xiàn)某些原子可以引起一種變化，”抵消“了鎂難以成形的機制。鎂的低延展性是由其可移動位錯，即線性缺陷的數(shù)量少造成的。線性缺陷可以使金屬在變形時進行塑性流動以降低金屬失效概率。研究人員發(fā)現(xiàn)，加入某些元素會大大增加可移動位錯的數(shù)量，從而提高金屬的變形能力。然后，他們花了幾個月的時間使用EPFL的高性能計算系統(tǒng)進行量子力學計算，得到具有最好延展性的原子組合。Curtin 說：”我們真的很幸運能夠使用這些設(shè)備，這讓我們可以立即開始工作。“目前，這些合金仍處于建模階段。下一步是在實驗室里制造，看看它們是否有適合工業(yè)使用的性能、是否可以大規(guī)模生產(chǎn)。

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責任編輯：殷鵬飛

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