如果你目睹了空的灾难,你就会知道飞机出现“金属疲劳”是多么可怕。例如,2002年5月25日,中华航空公司611航班在10640米空的高度突然解体,机上所有人员遇难。正是“金属疲劳”导致了这场悲剧。
“金属疲劳”会导致金属材料变形甚至断裂。如果地面上的机器、物品、车辆出现“金属疲劳”,问题不大,甚至不会带来太大的财产损失。如果是大事,我们可以更换疲劳部分,但如果飞机在飞行过程中出现“金属疲劳”就不行了。
飞机的“金属疲劳”暴露了航空空材料的弱点,硬度不够,延展性和韧性不够。如何解决“金属疲劳”问题,成了一个难解的“航空空难题”。我们什么时候能找到更硬的替代材料?大家都很期待。
但现在终于找到了。研究人员发现了历史上最坚硬的合金材料,其韧性是最坚硬的钢合金的五倍以上。如果这种超级合金材料用机,即使飞机报废,也不会出现“金属疲劳”的问题。
来自美国伯克利实验室和橡树岭国家实验室的研究人员在研究铬、钴、镍、锰和铁时发现了历史上最坚硬的合金材料,具有极强的延展性和韧性。
这种合金是一种源自CrMnFeCoNi(铬、锰、铁、钴和镍)的新型合金材料(CrCoNi)。与普通的铬、钴和镍合金相比,这种合金表现出更好的性能。它被称为高熵合金(HEA)材料。HEA有20多年的历史,一直是一个热门的研究领域。
普通合金材料一般只添加一种元素,但CrCoNi以等比例添加混合元素,表现出与普通合金材料相反的特性。普通合金材料在低温下会变脆,硬度下降,但CrCoNi合金材料在低温下不会变脆,而是变硬。
在-196°C的低温环境下,CrCoNi材料表现出极高的强度和韧性,比以前更强。研究团队还在-253°c的较低温度下对其进行了测试。果然,CrCoNi在强度和韧性方面达到了意想不到的高度。
你知道科尔尼有多难吗?在相同单位下,金属硅的韧性为1mp a·m,铝合金的韧性为35 MPa·m,最好的钢合金的韧性仅为100 MPa·m,而铬镍合金的韧性为540 MPa·m..
因此,CrCoNi是铝合金飞机的15倍以上,是钢合金的5倍以上。如果飞机由CrCoNi合金制成,即使在飞机报废后也不应再出现“金属疲劳”问题,那么空灾难将相对减少,这是一件好事。
这项新研究的发现于2022年12月1日发表在《科学》网站上,地址为:/doi/10.1126/science.abp8070 .这项研究引起了广泛关注。目前飞机材料主要是铝合金和昂贵的钛合金,CrCoNi取代目前的飞机材料指日可待。更多有趣的科学探索内容,请关注唯一微信微信官方账号:有趣探索
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