世界上最耐磨合金問世 比高強度鋼耐用100倍

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圖示：桑迪亞國家實驗室材料科學家邁克爾·錢德羅斯（Michael Chandross）和尼古拉斯·阿吉巴伊（Nicolas Argibay）對新合金進行計算機模擬，並用超高真空摩擦儀對其進行磨損測試。

據國外媒體報道，新墨西哥州阿爾伯克基桑迪亞國家實驗室研究人員開發出一種由90%鉑金和10%黃金組成的耐磨新材料，其堪稱目前最耐磨的金屬合金，比高強度鋼耐用100倍，與自然界中的鑽石以及藍寶石等材料的耐磨度處於同一級別。研究人員指出，如果一輛汽車的輪胎塗層是由這種材料製成的，那麼在磨損到胎面之前，其可以繞地球打磨500圈。

據悉，這項研究由美國能源部的國家核安全管理局提供了數千萬美元的資助。測試結果於今年6月份發表在《先進材料》(Advanced Materials)雜誌上，科學家於上週向媒體公佈了他們的研究成果。

這種新型鉑金合金背後的一個關鍵理論來自於麻省理工學院(MIT)、多倫多大學(University of Toronto)等研究機構對黃金驚人耐熱性的研究。

研究人員從理論上推測，金屬的韌性取決於它對高温的反應，而不是硬度。

“許多開發出來的傳統合金往往是通過減小顆粒尺寸來增加材料的強度，” 桑迪亞國家實驗室博士後研究員、論文第一作者約翰·庫裏（John Curry）在一份聲明中指出。即使如此，在極端壓力和高温條件下，許多合金會變粗或變軟，在金屬疲勞狀態下尤為如此。我們發現，我們所開發的鉑金合金的機械應力和熱穩定性都非常好。在摩擦期間，我們沒有觀察到合金的微觀結構在長時間的週期應力下有很大的變化。”

圖示：這種鉑金與黃金組成合金（右圖紅色區域）的耐磨度接近於自然界中的鑽石以及藍寶石等超硬材料。

為了證實這種合金的耐熱性和耐摩性，桑迪亞國家實驗室研究小組對其進行了嚴格的循環退火測試，這是一種在冶金過程中用來改變材料性能的加熱過程。在超高真空中，合金在500攝氏度的高温下暴露一整天，然後再應用於各種摩擦和磨損實驗。合金微小的單個顆粒並沒有發生變形——沒有證據表明它們相互融化形成更大的納米晶粒，或分裂成更小的晶粒，或者在根本上改變了它們的基本結構。

“在很大程度上我們依賴於麻省理工學院克里斯·舒(Chris Shuh)團隊的工作，”材料科學家尼古拉斯·阿吉巴伊（Nicolas Argibay）表示。“他們花了幾年時間試圖理解晶粒變化和微觀結構穩定性的熱力學模型。在桑迪亞，我們一直在進行類似的對齊建模工作來理解材料的磨損程度。”

“如果你瞭解我們的開發工作，你可以從克里斯的熱穩定性模型中推斷出像這樣的合金應該具有非常好的耐磨性。”

“我們之所以選擇鉑金和黃金，因為我們在桑迪亞非常關注電子元氣件，” 阿吉巴伊表示。“手機插件、電腦、衞星集電環以及飛機和宇宙飛船上傳輸電力的部件都可以使用合金。它們是彼此連接的插件，既要經受磨損和撕裂，也需要傳導電流。”