科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞

美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室和理海大學(xué)等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家攜手開(kāi)發(fā)出一種納米結(jié)構(gòu)銅鉭鋰合金。該合金是有史以來(lái)最具彈性的銅基材料之一，機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性可媲美傳統(tǒng)高溫合金，有望用于航空航天、國(guó)防和工業(yè)領(lǐng)域。相關(guān)研究論文發(fā)表于26日出版的《科學(xué)》雜志。

新型銅鉭鋰合金由銅鋰沉積物與富含鉭的原子雙層復(fù)合物交織而成。其中，鉭復(fù)合物充當(dāng)納米晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定劑，既能防止晶粒生長(zhǎng)，又能大幅提高合金的耐高溫性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，即便長(zhǎng)期暴露于極端高溫，甚至在接近其熔點(diǎn)的高溫與機(jī)械應(yīng)力環(huán)境，該合金都能保持結(jié)構(gòu)完整，形狀不變，展現(xiàn)出極高的耐高溫性能。

高溫合金又稱超合金，是鐵基、鎳基和鈷基等高溫合金的總稱。團(tuán)隊(duì)表示，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的鎳基高溫合金非常堅(jiān)固，但缺乏銅合金的高導(dǎo)熱性。鎢基合金耐熱性能優(yōu)異，但密度大且難以制造。而新型銅鉭鋰合金兼具銅的優(yōu)異導(dǎo)電性和高溫合金的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，在極端條件下幾乎無(wú)退化變形。這一突破使其成為制造熱交換器、先進(jìn)的推進(jìn)系統(tǒng)，以及導(dǎo)彈和超高音速飛機(jī)的熱管理系統(tǒng)的理想候選材料。

團(tuán)隊(duì)使用粉末冶金技術(shù)，通過(guò)高能低溫研磨工藝，精準(zhǔn)調(diào)控了該合金的納米結(jié)構(gòu)。為驗(yàn)證其穩(wěn)定性，他們將合金置于800℃的環(huán)境中持續(xù)退火10000小時(shí)，并利用先進(jìn)的顯微鏡技術(shù)揭示其中銅鋰的沉積結(jié)構(gòu)。蠕變?cè)囼?yàn)進(jìn)一步證實(shí)了其在極端條件下的超凡耐久性。密度泛函理論計(jì)算建模結(jié)果也驗(yàn)證了鉭原子雙層復(fù)合物的穩(wěn)定作用。

總編輯圈點(diǎn)

“一代材料，一代裝備?！备鞣N各樣的合金材料在高端裝備制造中扮演著至關(guān)重要的角色。從手機(jī)的集成電路，到飛馳在軌道上的高鐵，再到飛機(jī)上的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，隨處都有合金材料的身影。這些合金材料憑借獨(dú)特的性能，支撐各類裝備正常運(yùn)行。同時(shí)，裝備的不斷迭代升級(jí)，以及低空經(jīng)濟(jì)等新產(chǎn)業(yè)、新賽道的涌現(xiàn)，還在倒逼材料領(lǐng)域的科學(xué)家們不懈探索。他們致力于研發(fā)出性能更優(yōu)異的合金材料，為高端裝備制造業(yè)的蓬勃發(fā)展提供更強(qiáng)大的材料支撐。