伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校稳定合金晶界处的析出物 有利于改善车用合金

  • 来源:盖世汽车
  • 时间:2023-08-21 03:10:49

许多工程材料含有两相或更多相,从而改善其特性和性能。这些两相材料的微观结构中通常会嵌入包裹体(称为析出物)。合金是两种或更多种金属的组合,适合多种应用,如汽车中使用的轻量化合金。受益于嵌入的析出物,合金具有很好的机械性能。然而,平均析出物的大小往往会随着时间的推移而增加(这一过程被称为粗化),导致具有纳米级析出物的微结构性能下降。


【资料图】

(图片来源:伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校)

据外媒报道,伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois Urbana-Champaign)的研究人员发现了一种稳定合金中纳米级析出物的新途径。

在一项新的研究中,材料科学与工程教授Pascal Bellon、博士后研究员Gabriel Bouobda Moladje及其合作者表明,通过非平衡过程可以阻止析出物粗化,从而产生稳定的纳米结构。

Bellon表示:“在过去的二十年里,研究人员已经意识到,结构中拥有纳米级的包裹体,实际上对材料非常有利。挑战在于,这些小颗粒自发地想要变大。”

把这想象成做意大利面:当在沸水中加入油时,刚加入和搅拌时油滴可能很小,如果停止搅拌,油滴就会结合在一起形成更大的油滴。这就是粗化过程。Bellon表示:“如果我们对小尺度物体的分布感兴趣,必须与物体变粗的自然趋势作斗争。”

该团队使用计算模型来探讨受到辐照(一种非平衡力)时在材料不同晶体之间的域(称为晶界)形成的析出物。在平衡环境中,力是平衡的,并且材料不会出现净变化。然而,在大多数应用中,硬质材料会受到非平衡力的作用,例如辐照,甚至是搅拌。因此,了解析出物在这种非平衡环境中如何演化非常重要。

Bellon表示:“我们对受到高能粒子辐照的合金特别感兴趣,如用于核应用的材料。用于太空的材料也是如此,会受到宇宙射线的轰击。这项研究专门探讨一种铝和锑的模型合金。”

在铝和锑的合金中,锑会形成析出物,如同油在水中形成油滴。研究人员发现,如同预期,当受到辐照时,在晶界处会形成析出物。然而,出乎意料的是,这些析出物不会粗化并继续生长,而是在达到一定尺寸后停止,这被称为抑制粗化行为。

这种方法可以应用于其他材料系统。在这些系统中,物种的传输起着重要作用,例如电池中电极之间的离子物种传输。在电池材料中,存在小析出物是有利的,因为大析出物会对材料产生很大的应力。在这种情况下,抑制粗化是有益的。

研究人员计划对这些结果进行实验验证。Bellon表示:“我们很高兴能将建模、理论和实验结合起来,同时利用材料研究实验室的所有工具,对计算机模拟预测值进行实验测试。”

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