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合金新突破——最耐磨合金与最薄合金

信息来源:eoaoo.com   时间: 2019-02-13  浏览次数:149

最近小编发现了关于“合金”很有趣的话题,一个是最耐磨合金,一个是最薄镁合金,不早不晚,刚刚在这几天都出现在新闻头条中,那么这两种新的发现,到底谁更胜一筹呢?

据悉, 最耐磨合金”这项研究由美国能源部的国家核安全管理局提供了数千万美元的资助。测试结果于今年6月份发表在《先进材料》(Advanced Materials)杂志上,科学家于上周向媒体公布了他们的研究成果。

与此同时,近日,郑州轻研合金科技有限公司采用卷式法成功制备出厚度仅为0.014mm的超轻镁锂合金箔卷材,这也是国内乃至世界上首次制备出这么薄的镁合金箔材。

据国外媒体报道,新墨西哥州阿尔伯克基桑迪亚国家实验室研究人员开发出一种由90%铂金和10%黄金组成的耐磨新材料,其堪称目前最耐磨的金属合金比高强度钢耐用100倍,与自然界中的钻石以及蓝宝石等材料的耐磨度处于同一级别。研究人员指出,如果一辆汽车的轮胎涂层是由这种材料制成的,那么在磨损到胎面之前,其可以绕地球打磨500圈。

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图示:桑迪亚国家实验室材料科学家迈克尔·钱德罗斯(Michael Chandross)和尼古拉斯·阿吉巴伊(Nicolas Argibay)对新合金进行计算机模拟,并用超高真空摩擦仪对其进行磨损测试。

据悉,这项研究由美国能源部的国家核安全管理局提供了数千万美元的资助。测试结果于今年6月份发表在《先进材料》(Advanced Materials)杂志上,科学家于上周向媒体公布了他们的研究成果。

这种新型铂金合金背后的一个关键理论来自于麻省理工学院(MIT)、多伦多大学(University of Toronto)等研究机构对黄金惊人耐热性的研究。

研究人员从理论上推测,金属的韧性取决于它对高温的反应,而不是硬度。

“许多开发出来的传统合金往往是通过减小颗粒尺寸来增加材料的强度,” 桑迪亚国家实验室博士后研究员、论文第一作者约翰·库里(John Curry)在一份声明中指出。即使如此,在极端压力和高温条件下,许多合金会变粗或变软,在金属疲劳状态下尤为如此。我们发现,我们所开发的铂金合金的机械应力和热稳定性都非常好。在摩擦期间,我们没有观察到合金的微观结构在长时间的周期应力下有很大的变化。”

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图示:这种铂金与黄金组成合金(右图红色区域)的耐磨度接近于自然界中的钻石以及蓝宝石等超硬材料。

为了证实这种合金的耐热性和耐摩性,桑迪亚国家实验室研究小组对其进行了严格的循环退火测试,这是一种在冶金过程中用来改变材料性能的加热过程。在超高真空中,合金在500摄氏度的高温下暴露一整天,然后再应用于各种摩擦和磨损实验。合金微小的单个颗粒并没有发生变形——没有证据表明它们相互融化形成更大的纳米晶粒,或分裂成更小的晶粒,或者在根本上改变了它们的基本结构。

“在很大程度上我们依赖于麻省理工学院克里斯·舒(Chris Shuh)团队的工作,”材料科学家尼古拉斯·阿吉巴伊(Nicolas Argibay)表示。“他们花了几年时间试图理解晶粒变化和微观结构稳定性的热力学模型。在桑迪亚,我们一直在进行类似的对齐建模工作来理解材料的磨损程度。”

“如果你了解我们的开发工作,你可以从克里斯的热稳定性模型中推断出像这样的合金应该具有非常好的耐磨性。”

“我们之所以选择铂金和黄金,因为我们在桑迪亚非常关注电子元气件,” 阿吉巴伊表示。“手机插件、电脑、卫星集电环以及飞机和宇宙飞船上传输电力的部件都可以使用合金。它们是彼此连接的插件,既要经受磨损和撕裂,也需要传导电流。”

近日,郑州轻研合金科技有限公司采用卷式法成功制备出厚度仅为0.014mm的超轻镁锂合金箔卷材,这也是国内乃至世界上首次制备出这么薄的镁合金箔材

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镁锂合金作为世界上最轻的金属结构材料,相比其他铝合金和镁合金,具有超低密度、高比强度、高比刚度、以及突出的减震性能和优异的电磁屏蔽性能等诸多独特的优势,是航空航天及武器装备上理想的减重材料,同时具备减震降噪,屏蔽电磁干扰等作用,使航天器、武器装备的机动性、准确性以及安全性和舒适性得到大幅度提高。

目前,郑州轻研合金科技有限公司通过优化镁锂合金成分设计,控制镁锂合金的密度并改善其加工性能,采用卷式法研制出的镁锂合金箔材,已经成功通过国内权威声学厂家的声学测试、可靠性测试以及初步量产测试,为镁锂合金箔材的推广打下了坚定的基础。

在航空航天领域,郑州轻研合金科技有限公司研制的超轻镁锂合金箔材凭借其基材自身优异的导磁、导电性能,在一定频率段内对电磁信号的屏蔽远远高于铜箔、铝箔,成为航空航天电器灵敏信号传输线磁屏蔽箔的新选择。镁锂合金屏蔽箔可以大幅度提高信号传输的安全性,防止电磁信号泄露带来的风险性,信号传输的准确度也大幅度提高。镁锂合金屏蔽箔在为飞机,导弹以及卫星等带来减重的同时,提高了航空航天设备的安全可靠性。

据悉,郑州轻研合金科技有限公司是中国铝业股份有有限公司批准成立的科技型混合所有制企业。由中国铝业郑州有色金属研究院(郑州轻金属研究院)与院下属的金属材料研究所研发团队共同成立。

合金是什么?合金是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质,通过熔合成均匀液体和凝固而得。

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而根据组成元素的数目不同,合金可分为二元合金、三元合金和多元合金。

首先要明白一点:合金是宏观均匀,含有金属元素的多元化学物质,合金不是一般概念上的混合物,甚至可以是纯净物,如单一相的金属互化物合金,所添加合金元素可以形成固溶体、化合物,并产生吸热或放热反应,从而改变金属基体的性质。

那么,常见的合金有哪些呢?

一、铝合金

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料(有色金属,狭义的有色金属又称非铁金属,是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。广义的有色金属还包括有色合金。),在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。工业经济的飞速发展,对铝合金焊接结构件的需求日益增多,使铝合金的焊接性研究也随之深入。目前铝合金是应用最多的合金。

铝合金密度低,但强度比较高,接近或超过优质钢,塑性好,可加工成各种型材,具有优良的导电性、导热性和抗蚀性,工业上广泛使用,使用量仅次于钢。

二、钢

钢,是冶炼铁中加入少量的碳所得到的产物、是对含碳量质量百分比介于0.02%至2.11%之间的铁碳合金的统称。

如今,钢以其低廉的价格、可靠的性能成为世界上使用最多的材料之一,是建筑业、制造业和人们日常生活中不可或缺的成分。可以说钢是现代社会的物质基础。

三、钛合金(gouyan)

钛是目前发展中重要的结构金属,钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高。航空发动机用的就是高温钛合金和机体用的结构钛合金。

钛合金有以下几个优点:

1.强度高

钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右,(仅为钢的60%纯钛的密度才接近普通钢的密度)一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。

2.热强度高

使用温度比铝合金高几百度,钛合金的工作温度可达500℃,铝合金则在200℃以下。

3.化学活性大

由于钛位于第4周期第IVB族,也就决定着钛的金属性强,化学活性大,可与大气中O、N、H、CO、

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、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。

例如含碳量大于0.2%时,会在钛合金中形成硬质TiC;温度较高时,与N作用也会形成TiN硬质表层;在600℃以上时,钛吸收氧形成硬度很高的硬化层;氢含量上升,也会形成脆化层。

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