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美国科学家研制出高强度超轻金属材料

2016-01-04

目前,美国科学家研制出一种超强、超轻金属材料,它是将密集分散型纳米碳化硅微粒加入镁金属,该材料可用于制造轻型飞机、太空飞船、汽车等。


美国科学家研制出高强度超轻金属材料


左图是纯金属样本,右图是最新研制的新金属材料,由镁和碳化硅纳米微粒构成,每个中心柱体直径大约4微米

腾讯科学讯 据国外媒体报道,目前,美国加州大学洛杉矶分校研究小组最新研制出一种超高强度,非常轻的金属材料,他们使用一种新方法分散和稳定纳米微粒进入熔化状态的镁金属。

这种新型金属材料是加入密集分散型纳米碳化硅微粒的镁金属,它可用于制造轻型飞机、太空飞船和汽车,有助于提高燃料效率,同时还可用于手机电子和生物医学设备制造领域。据悉,为了制造超高强度、轻重量金属材料,研究小组发现一种新的方法在熔化金属材料中分散和稳定纳米微粒,同时,他们还研制了一种可扩展性制造方法,用于制造更高效性能的轻重量金属。目前,这项最新研究报告发表在近期出版的《自然》杂志上。

该研究项目负责人李晓春(音译)和美国加州大学洛杉矶分校制造工程系雷声·查尔(Raytheon Chair)指出,纳米微粒能够在不损坏其可塑性的前提下,真实提高金属强度,尤其是像镁这样的轻重量金属,但是迄今为止没有研究小组能够将陶瓷纳米微粒分散在熔化金属中。基于灌输物理属性和材料加工过程,最终我们通过灌输密集纳米微粒提高金属属性,证实了一种新的方法增强金属性能。

结构金属是一种承载金属,它用于建筑业和汽车制造。镁仅是铝密度的三分之二,是最轻的结构金属。碳化硅是一种超硬陶瓷材料,通常用于制造工业刀片。目前,这项最新技术灌输大量碳化硅微粒(直径小于100纳米)进入熔化状态的镁金属,从而显著提高了金属的强度、刚度、可塑性和高温下的持久度。

长期以来,科学家认为陶瓷颗粒能够潜在地使金属硬度更高,然而微观等级陶瓷颗粒在灌输过程中会损失可塑性。相比之下,纳米等级微粒能够显著提高强度或者提高金属可塑性,但是纳米陶瓷颗粒倾向于凝聚在一起,而不是均匀分散,这是由于小型微粒倾向于彼此吸引。为了消除这一问题,研究人员将纳米微粒分散在熔化的镁锌合金中,它们依赖粒子运动的动能彼此分散开来,这将稳定纳米微粒的均匀分散,避免凝聚在一起。

为了更进一步增强这种新金属材料强度,研究人员使用一种叫做高压扭转技术进行压缩。目前,这种新型金属材料14%是碳化硅纳米微粒,86%是镁锌合金。