科技日報訊 （記者常麗君）一種名為“高熵合金”的新概念合金設(shè)計，已經(jīng)帶來了一類多元素材料。最近，美國能源部勞倫斯·伯克利國家實驗室與橡樹嶺國家實驗室（ORNL）合作開發(fā)出一種叫做鉻錳鐵鈷鎳（CrMnFeCoNi）的高熵合金，經(jīng)檢測它不僅是現(xiàn)有記錄的最硬材料之一，而且在低溫下強度、延展性反而提高。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的《科學(xué)》雜志上。

　　雖然高熵合金出現(xiàn)已有十多年，但直到最近它們的品質(zhì)才可用于科學(xué)研究。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)9月5日（北京時間）報道，橡樹嶺國家實驗室伊索·喬治研究小組把高純元素初始材料用電弧熔融，結(jié)合澆鑄工藝造出了高質(zhì)量的鉻錳鐵鈷鎳合金，樣本為層狀結(jié)構(gòu)，厚約10毫米。他們檢驗了樣本的延展性和微觀結(jié)構(gòu)后，把樣本送到伯克利實驗室材料科學(xué)分部材料科學(xué)家羅伯特·里奇那里進(jìn)一步檢測。

　　“我們對鉻錳鐵鈷鎳合金進(jìn)行了檢測，它含有5種主元素而不是一種?！崩锲嬲f，“雖然各元素單獨的晶體結(jié)構(gòu)不同，但合金晶體只有一種相態(tài)。具有卓越的抗損傷能力，抗伸展強度超過10億帕，斷裂韌度值打破記錄，超過目前所有其他金屬合金?！?/p>

　　他們從室溫降到77K（約-196.15℃，液氮的溫度）溫度，檢測了鉻錳鐵鈷鎳合金的伸展強度和斷裂韌度值，屬于現(xiàn)有材料記錄中最高值范圍，而且在低溫下，這些值性還會增加。絕大多數(shù)合金在低溫下都會失去延展性，變得更脆而易碎。

　　傳統(tǒng)合金制造方法的一個不變特征是，一種元素作主成分，其余為少量添加，其機械性能通常依靠出現(xiàn)第二種相態(tài)?！案哽睾辖饛母旧线`反了傳統(tǒng)方法，它的性質(zhì)并非來自合金中的每種成分或第二種相態(tài)?！崩锲嬲f，“高熵這一概念意味著，隨著合金成分元素的增加，其位形熵也增加，也就抵消了它們形成化合物，變成單相態(tài)材料（如純金屬）的趨勢?！?/p>

　　里奇和喬治認(rèn)為，鉻錳鐵鈷鎳合金能在低溫下表現(xiàn)出非凡的強度、延展性和硬度，關(guān)鍵在于一種“納米結(jié)對”效應(yīng)，也就是在變形過程中，相鄰晶格區(qū)的原子排列彼此形成鏡像結(jié)構(gòu)。里奇說：“這表明它除了具有大部分金屬在環(huán)境溫度下具有的平滑錯位機制，還有一種塑性機制。在低溫下，材料經(jīng)受了塑性變形產(chǎn)生了納米結(jié)對，結(jié)果就是連續(xù)的機械硬化，以此來遏制早期破壞造成的局部變形。”

　　里奇還指出，鉻錳鐵鈷鎳合金及其他高熵合金的機械性質(zhì)尚未達(dá)到最優(yōu)化，它們可能還有更好的性質(zhì)?！坝捎诟哽睾辖鹗菃我幌鄳B(tài)，我們推測它們用在低溫下可能非常理想，比如存儲液化天然氣、氫氣和氧氣?！?/p>

　　總編輯圈點

　　傳統(tǒng)經(jīng)驗認(rèn)為，當(dāng)組成合金的金屬元素多了后，會形成脆性金屬間化合物，從而讓材料性能惡化。但頂著“高混亂度”之名的高熵合金，卻是“反傳統(tǒng)”的不羈分子，具備舊有合金所無法比擬的本事——高強、高硬、高熱阻電阻、高耐磨耐腐等等。也因此，高熵合金的應(yīng)用領(lǐng)域不拘一格，譬如模具焊接、船舶制造、電子通訊，甚至可以作為現(xiàn)在越蓋越高的超級建筑的防火骨架。