這是銅鉭鋰合金的彩色掃描透射電子顯微鏡圖像。橙色代表銅原子,黃色代表鉭原子,藍色代表鋰原子。圖片來源:美國理海大學(xué)

美國陸軍研究實驗室和理海大學(xué)等機構(gòu)的科學(xué)家攜手開發(fā)出一種納米結(jié)構(gòu)銅鉭鋰合金。該合金是有史以來最具彈性的銅基材料之一,機械強度和熱穩(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)合物充當納米晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定劑,既能防止晶粒生長,又能大幅提高合金的耐高溫性能。實驗結(jié)果顯示,即便長期暴露于極端高溫,甚至在接近其熔點的高溫與機械應(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。團隊表示,噴氣發(fā)動機上使用的鎳基高溫合金非常堅固,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度和穩(wěn)定性,在極端條件下幾乎無退化變形。這一突破使其成為制造熱交換器、先進的推進系統(tǒng),以及導(dǎo)彈和超高音速飛機的熱管理系統(tǒng)的理想候選材料。

團隊使用粉末冶金技術(shù),通過高能低溫研磨工藝,精準調(diào)控了該合金的納米結(jié)構(gòu)。為驗證其穩(wěn)定性,他們將合金置于800℃的環(huán)境中持續(xù)退火10000小時,并利用先進的顯微鏡技術(shù)揭示其中銅鋰的沉積結(jié)構(gòu)。蠕變試驗進一步證實了其在極端條件下的超凡耐久性。密度泛函理論計算建模結(jié)果也驗證了鉭原子雙層復(fù)合物的穩(wěn)定作用。