受大自然的启发，研究者发现了一种强度更高的金属材料
2014年11月25日 15:4 5860次浏览 来源： 中国有色网 分类： 新材料前沿
由自然界中骨头和竹子的结构得到启示，研究者发现通过渐进的改变金属的内部结构可以得到强度更高和韧性更好的材料（梯度材料）。这种材料将拥有广泛的用途，从防弹衣到装甲部件。
这幅图展示了梯度结构的概念
近日，由自然界中骨头和竹子的结构得到启示，研究者发现通过渐进的改变金属的内部结构可以得到强度更高和韧性更好的材料（梯度材料）。这种材料将拥有广泛的用途，从防弹衣到装甲部件。
朱云天（音译）是北卡罗莱纳州州立大学材料科学与工程方面的一名教授，也是两篇关于这方面工作论文的资深作者。他说：“如果在显微镜下观察金属，你可以发现金属是由成千上万个紧密排列的晶粒组成的，这些晶粒的尺寸和配置方式都会影响金属的物理特性”。武晓雷是中国科学院力学研究所的一名材料科学的研究员，是这两篇论文的第一作者。他说：“金属表面的小晶粒可以使金属更硬，但是也会降低韧性，也就是说金属的延性很差。但是如果我们慢慢的增加材料内部晶粒的尺寸，可以使金属的韧性更好，在骨头和竹子的横截面也可以发现与晶粒尺寸变化和梯度结构分布相类似的情况。总的来说，小晶粒到大晶粒过渡的晶面使材料更强和更韧，在传统的材料中这两种特性是不能同时得到的。我们把这种材料结构称为梯度结构，我们可以使用这种技术来定制金属的性能。
武研究员和朱教授合作测试了不同金属的梯度结构。这些金属包括铜，铁，镍和不锈钢。这种技术提高了这些金属的性能。研究团队也在无间隙原子钢（IF钢）中测试了这种技术。这种钢有一些工业的应用。如果将传统的IF钢强度提高到450MPa，韧性会很差。这种钢的延性将降到5%。这是不安全的。低的韧性意味着材料会发生脆性断裂，如突然从中间断开。高韧性材料拉伸性能好，意味着在材料发生破坏前，可以给人们更多的时间去对损伤做出反应。研究者制作了一种梯度结构的IF钢，具有500MPa的强度和足够的韧性，即能够具有自身长度20%的延性。
研究人员也对使用梯度结构的方法让材料更耐腐蚀，耐磨损和具备更好的抗疲劳性能感兴趣。武研究员说：“我们认为这是一个令人兴奋的材料研究领域，因为这种技术能够被大量应用，能够很简单便宜的结合到工业中去”。
责任编辑：陈岩
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