Nature解读高熵合金如何走向更强韧、更耐磨、更耐腐蚀！

2016-05-27 09:14:01 作者：本网整理来源：网络分享至：

5月18日，Nature封面报道了新加坡自由撰稿人XiaoZhi Lim的一篇题为《Mixed-up metals make for stronger, tougher, stretchier alloys》（混合金属制造更强、更硬、更具延展性的合金），介绍了高熵合金的相关进展。

高熵合金概念由台湾科学家叶均蔚于1995年提出的。高熵合金含有多种主要元素，每种元素介于5%-35%之间。传统金属则是以一种元素为主，而高熵合金是多元素共同作用的结果。所以高熵合金是一种颠覆数千年以来的合金制备方法。与传统合金相比，高熵合金表现出更高的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀、耐辐照等等。

但是，高熵合金的机理及其科学问题尚未得到很好的理解。目前的高熵合金体系也只是通过"鸡尾酒"方法调配而成，还没有科学系统的选择合金元素的理论。制造合金的标准配方技术从远古铸剑到制造现代制造发动机引擎叶片一直在沿用，也就是将有用的金属进行一系列混合从而提升性能的方法工艺，例如在铁中加碳制成钢。

咋眼一看，整个结构看起来是一个摩天大楼模型。实际上这个像是在建造一个微型景观的设备是位于Lowa的美国Ames国家实验室建造的。

但Ames的设备正在制造高熵合金实验样品，它由四个、五个，甚至更多的元素以严格的相同的比例混合而成。这种简单的配方可以出产那些比传统材料更轻、更强的合金，并且更耐腐蚀、耐辐照等等。最终，研究者们希望这个方法能够出产与以往完全不同的磁性或电性能的合金，并形成新一代技术。

Ames中的迷你摩天楼意味着另一种更系统化的方法。Ames的设备可在不到一个小时内建造30个合金柱，每一个的原材料只有细微的差别，如此研究者们可以快速的测试合金的性能。

Ames材料科学家Matthew Kramer正在主导一个研究：寻找可以抵御高温和腐蚀的高熵合金，以帮助火电厂在高温下更有效运作。

而协助他的团队的是Ames的理论学家Duane.在1995年，Johnson发明了一套运算法则，在传统合金制造出来之前预测性能。2015年，他扩展了适用高熵合金的运算法。Johnson的法则评定一个元素到何种程度就会被另一个吸引或者排斥，然后利用这个信息预测元素的混合是形成化合物、固溶体或两者都有。如此让Kramer的团队确定哪种合金值得一试，进而实验数据反馈给程序以修正，提高准确性。

Nature系列对高熵合金的解读：

帕特森空军基地实验室材料科学家Daniel Miracle认为""我们并不是在谈论一种材料，而是上升到如何混合元素的哲学。"去年，他和同事们估计过从一组26个元素中，抽取3、4、5、6种金属元素等量混合，可得到大约313560种合金。更大的数量的合金可以扩展元素的选择得到。

高熵合金的想法是1995年Jien-Wei Yeh提出来的。Yeh认为，传统合金的物理性能已经得到了很好的研究，在原子层面上，纯金属有规律的晶体结构，由理想原子一层堆一层堆出。有时，这些层相互之间很容易滑动，表现到金属就是非常软而不能用。这就是纯金仅仅只能用在珠宝上。但是金属中添加了不同原子尺寸的元素之后，加入者随机地阻止原子层，降低了滑动趋势，从而创造了更硬的合金。精确的混合物可以让冶金学家调控诸如腐蚀性能或者熔点等等性能。