研究人员发现第一种已知的在加热时变得更具弹性的合金材料

2022年02月14日 16:35 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

中国香港城市大学的研究人员意外发现了一种能保持其硬度而不会随温度升高而软化的合金,这是该类型材料领域中的首例。事实上,当温度接近1000K(727°C)时,高熵的Elinvar似乎变得更硬、更有弹性。目前还没有其他已知的金属被发现有这样的表现。

材料的弹性模量量化了其在压力下的弹性或非永久变形的阻力。弹性模量越高,材料就越硬并越难变形。直到现在,人们还认为所有的金属都会随着温度的升高而变软,而这是由于热膨胀造成的。

但这种化学成分复杂、排列成独特、高度扭曲的晶格结构的新合金并不遵循这一规则。事实上,它的弹性模量似乎随着温度的升高而上升。在其他金属开始软化的地方,Co25Ni25(HfTiZr)50或叫做高熵Elinvar合金会变得更硬。该团队将此称为 Elinvar效应。

香港城市大学机械工程系的Yang Yong教授指出:“当这种合金被加热到1000K即726.85℃--甚至更高,它的硬度跟室温下一样,甚至比室温下的硬度略高,并且它的膨胀没有任何明显的相变。这改变了我们的教科书知识,因为金属在加热下膨胀时通常会变软。”

除了Elinvar效应,这种金属在室温下还显示出约2%的弹性极限--也就是说,虽然你需要投入大量的能量来使它变形,但在出现任何永久性变形之前,它的变形量约是传统晶体合金的两倍。所以它非常有弹性,能够储存大量的弹性能量。

“由于弹性不会耗散能量,因此不会产生热量,而热量会导致设备发生故障,这种超弹性合金将在高精度设备中发挥作用如手表和计时器,”Yang教授说道,“我们知道,像月球表面的温度从122℃到-232℃。这种合金将在极端环境中保持坚固和完整,因此它将非常适用于未来在太空任务中在广泛的温度范围内运行的机械天文台。”

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