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眾多鈦合金中誰(shuí)是”強(qiáng)度王“

2016-04-14 11:08:34 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：

　　最新研究表明，一種新型改進(jìn)鈦合金已經(jīng)出現(xiàn)在市面上，其強(qiáng)度優(yōu)于其他任何的工業(yè)鈦合金，成本卻更低，因此有望運(yùn)用于汽車零件的輕量化。

　　鈦金屬的重量大約只有低碳鋼的45%，由于比強(qiáng)度高，抗腐蝕性能優(yōu)異等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。它經(jīng)常與一些其他的金屬混合，以此進(jìn)一步提高強(qiáng)度。早在50年前，金屬學(xué)家們就開(kāi)始將鈦與價(jià)格更為低廉的釩、鋁金屬混合，但制得的Ti185合金強(qiáng)度卻時(shí)高時(shí)低，只有當(dāng)鐵元素聚集在特定區(qū)域，在材料中形成β區(qū)缺陷時(shí)，才能夠達(dá)到很高的強(qiáng)度，因此Ti185合金在工業(yè)生產(chǎn)中極不穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。

　　6年前，太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員針對(duì)以上問(wèn)題，使用氫化鈦粉末替代了熔融態(tài)鈦金屬，驚奇地發(fā)現(xiàn)改變這一原料，材料加工時(shí)間將會(huì)減半，所需能量也大大降低。

　　但是只改變?cè)线€遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，為了得到更高強(qiáng)度，更低成本的工業(yè)鈦合金，科研人員們一步步改善著鈦合金的熱處理工藝。就像中世紀(jì)的鐵匠在熔爐旁手工鍛造揮灑著勤勞的汗水，實(shí)驗(yàn)室的研究人員們?cè)诳茖W(xué)的探索中奉獻(xiàn)著熱血的青春。最終，他們找到了最合適的熱處理溫度，并且發(fā)現(xiàn)在較低溫度熱處理之前通過(guò)使用高溫預(yù)處理，得到的鈦合金比目前市面上的鈦合金強(qiáng)度高出10%到15%。對(duì)于在汽車零件上的應(yīng)用，雖然鈦合金成本相比于鋼鐵仍然較高，但是比鋼鐵高一倍的強(qiáng)度，大大提高了鈦合金的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　4月1號(hào)，在 Nature Communications上發(fā)表的文章表明，研究人員通過(guò)對(duì)以上熱處理后的鈦合金進(jìn)行原子探針層析成像系統(tǒng)分析，進(jìn)一步研究了單個(gè)原子在三維結(jié)構(gòu)上的分布規(guī)律。也就是在1450華氏度的高溫處理后，材料微觀組織中出現(xiàn)了納米和微米沉淀區(qū)域——在β基體上出現(xiàn)了聚集的α相，而鋁原子和鈦原子傾向于向納米尺度的α相沉淀中移動(dòng)，釩原子和鐵原子則存在于β基體中。這獨(dú)特的納米層次結(jié)構(gòu)就是能夠得到目前最高強(qiáng)度的鈦合金的原因。

　　就像科研人員之一的Devaraj說(shuō)的那樣，我們現(xiàn)在知道了鈦合金為何能夠達(dá)到如此高的強(qiáng)度，明白了它微觀結(jié)構(gòu)上發(fā)生了什么變化，因此可以大膽推測(cè)，我們也能夠通過(guò)改變其他金屬的微觀結(jié)構(gòu)，來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)它們的性能。鋁比鈦廉價(jià)，如果將鋁合金制成與Ti185一樣的納米層次結(jié)構(gòu)，也許那也能夠推動(dòng)汽車輕量化的發(fā)展。

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責(zé)任編輯：班英飛

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