據國外媒體報道,新墨西哥州阿爾伯克基桑迪亞國家實驗室研究人員開發出一種由90%鉑金和10%黃金組成的耐磨新材料,其堪稱目前最耐磨的金屬合金,比高強度鋼耐用100倍,與自然界中的鉆石以及藍寶石等材料的耐磨度處于(yu)同(tong)一級別。研究人員(yuan)指出(chu),如(ru)果一輛汽車的輪(lun)胎(tai)(tai)涂層是由這種(zhong)材料制成(cheng)的,那么在(zai)磨損到胎(tai)(tai)面之前,其可以繞地球打磨500圈(quan)。

圖示:桑(sang)迪亞國(guo)家(jia)(jia)實(shi)驗室材料科學家(jia)(jia)邁克爾·錢德羅(luo)斯(si)(Michael Chandross)和(he)尼(ni)古拉斯(si)·阿吉巴伊(Nicolas Argibay)對新合(he)金進行(xing)計算(suan)機(ji)模擬,并用超(chao)高真空(kong)摩(mo)擦儀對其進行(xing)磨損測(ce)試(shi)。
據(ju)悉,這項研究(jiu)由美國能源(yuan)部的(de)國家(jia)核安全管理局提供(gong)了(le)數千萬(wan)美元的(de)資助。測試結果于(yu)今年(nian)6月份發表在《先進(jin)材料》(Advanced Materials)雜志上,科學家(jia)于(yu)上周向媒(mei)體公布了(le)他們的(de)研究(jiu)成果。
這種(zhong)新型鉑金合金背后的一(yi)個關鍵理(li)論來自于麻省理(li)工學院(MIT)、多(duo)倫多(duo)大(da)學(University of Toronto)等研究(jiu)機構對(dui)黃金驚人耐熱性的研究(jiu)。
研究人員從理論上推(tui)測,金屬的韌性取決于它對高溫的反應,而不(bu)是(shi)硬度。
“許多開(kai)發(fa)出(chu)來的傳統合金(jin)往往是通(tong)過減小顆粒(li)尺寸(cun)來增加材料的強度(du),” 桑迪亞國家實驗室博士后(hou)研究員、論文(wen)第(di)一作(zuo)者約翰·庫里(John Curry)在(zai)一份聲明中指(zhi)出(chu)。即使如此(ci),在(zai)極端(duan)壓(ya)力和高溫條件下,許多合金(jin)會(hui)變粗或(huo)變軟(ruan),在(zai)金(jin)屬疲(pi)勞狀態下尤(you)為如此(ci)。我們(men)發(fa)現,我們(men)所開(kai)發(fa)的鉑金(jin)合金(jin)的機械應力和熱穩定性都非常好。在(zai)摩擦期間,我們(men)沒有觀察到合金(jin)的微觀結構在(zai)長時間的周(zhou)期應力下有很(hen)大的變化。”

圖(tu)示:這種(zhong)鉑金與黃(huang)金組成合(he)金(右圖(tu)紅色(se)區(qu)域)的耐(nai)磨度接近(jin)于自(zi)然界中的鉆石以及藍寶石等超硬材(cai)料。
為了證實(shi)這種合金(jin)(jin)的(de)耐熱性(xing)和(he)耐摩性(xing),桑迪亞(ya)國家實(shi)驗室研究小組對其進行(xing)了嚴格的(de)循環(huan)退火測試(shi),這是(shi)一種在(zai)冶金(jin)(jin)過程中用(yong)來改變材料(liao)性(xing)能的(de)加熱過程。在(zai)超高(gao)真空中,合金(jin)(jin)在(zai)500攝氏度的(de)高(gao)溫下暴(bao)露一整(zheng)天,然后再應用(yong)于各(ge)種摩擦和(he)磨損(sun)實(shi)驗。合金(jin)(jin)微小的(de)單個顆粒并
“在(zai)很大程(cheng)度上我們依賴于麻省理工學院克(ke)里斯·舒(Chris Shuh)團隊的(de)(de)工作,”材料(liao)科學家尼古拉斯·阿吉巴伊(Nicolas Argibay)表示。“他(ta)們花了幾年時間試圖理解晶粒變(bian)化和微觀結(jie)構穩定性的(de)(de)熱力學模型。在(zai)桑迪亞(ya),我們一直在(zai)進行類似的(de)(de)對齊建模工作來理解材料(liao)的(de)(de)磨損程(cheng)度。”
“如果(guo)你了解我們的(de)(de)開發(fa)工作,你可(ke)以從克(ke)里斯(si)的(de)(de)熱穩定性模型中(zhong)推斷出像這樣的(de)(de)合金(jin)應該具(ju)有非常(chang)好的(de)(de)耐磨性。”
“我(wo)們(men)(men)之所(suo)以(yi)選擇(ze)鉑金(jin)和(he)黃(huang)金(jin),因(yin)為我(wo)們(men)(men)在(zai)桑迪亞非常關注(zhu)電(dian)子元氣件(jian),” 阿吉巴伊表(biao)示。“手機(ji)插件(jian)、電(dian)腦(nao)、衛星集電(dian)環以(yi)及飛機(ji)和(he)宇宙(zhou)飛船上傳輸電(dian)力的部件(jian)都可以(yi)使用合金(jin)。它們(men)(men)是彼此連接的插件(jian),既要經受磨損(sun)和(he)撕(si)裂(lie),也需要傳導電(dian)流。”
沒有發生變形——沒有證據表明(ming)它們相互融化形成更(geng)大的(de)(de)納米(mi)晶粒,或(huo)分裂成更(geng)小的(de)(de)晶粒,或(huo)者(zhe)在根本上(shang)改變了它們的(de)(de)基本結(jie)構。


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