美研究人员研发出全新高熵合金强度高于钛合金
2014年12月22日 14:22 5921次浏览 来源： 中国有色网 分类： 新材料前沿
来自美国北卡罗莱纳州立大学和卡塔尔大学的研究人员合作，日前研发了全新高熵合金，该材料拥有更高的强度重量比，目前任何一种金属都不具备这样的优越性能。研究人员利用机械合金法融合锂、镁、钛、铝和钪来打造低密度纳米晶合金（Al20Li20Mg10Sc20Ti30），预估的材料强度重量比要明显高出其它纳米晶合金，甚至可以与陶瓷相媲美。
高熵合金（HEAs）是多组分合金系统中的一个全新分类，这种合金的设计理念不是向金属材料中添加单一基本元素，而是选择那些可以在近等原子混合条件下，形成固溶体的各种元素物质。
低密度、高强度合金的应用在交通运输和能源领域有助于节省资源消耗，虽然相关研发一直都是被关注的热点问题，但是迄今为止很少有低密度高熵合金研究的报导（这里低密度是指密度小于3克/立方厘米），而单相低密度高熵合金甚至从没有被报导过。发表的专业论文则在生产工艺、材料结构和机械强度等方面详细分析了创新型低密度高熵合金。
因为锂和镁具有较高的蒸汽压力，研发人员利用机械合金法来生产合金，而不是传统的熔融铸造工艺。随着处于高纯度氩保护气氛手套式操作箱中的不锈钢球，原材料粉末被输送到不锈钢瓶中；球磨研磨工艺在一个改进的SPEX 8000混磨机中执行，混磨机首先要在液氮环境下冷却2小时，然后在室温下连续研磨14个小时。液态氮气冷却混磨机，能够防止在机械研磨初期，因摩擦生热造成的粉末熔接现象发生。
新型高熵合金的密度为2.67克/立方厘米，纳米晶晶粒直径为12纳米，机械硬度达到5900兆帕。密度大小和铝合金基本相同，但是强度要超过钛合金，具有高强度和低密度的双重特点；强度重量比甚至可以与一些陶瓷相提并论，而且比陶瓷更有韧性，不易碎裂。研发人员还在围绕这种新型材料展开更深入的工作，试图全面了解该高熵合金的特性，并发掘出最合适的生产制造工艺。
现在这种合金面临的最主要问题是，材料含有20%的金属钪，而钪的价格非常昂贵；研发人员正努力探究钪是否能够从合金中被取代或移除。
责任编辑：陈岩
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