隱藏在金屬內(nèi)部的秘密原子圖案被發(fā)現(xiàn)

什么時(shí)候金屬合金根據(jù)傳統(tǒng)智慧，在制造過(guò)程中進(jìn)行加工時(shí)，組合元素的原子會(huì)隨機(jī)混合在一起——但新的研究挑戰(zhàn)了這種想法，揭示了持續(xù)存在的隱藏原子模式。

這項(xiàng)研究是麻省理工學(xué)院 （MIT） 研究人員的工作，它有望開(kāi)辟在制造過(guò)程中控制金屬性能的新方法

最近實(shí)驗(yàn)室研究有識(shí)別出細(xì)微的模式在金屬合金中可以調(diào)整以增強(qiáng)材料的性能，包括機(jī)械強(qiáng)度、耐用性和輻射耐受性.這項(xiàng)新研究在模擬中揭示了這些模式以及一些新模式是如何出現(xiàn)的，即使在經(jīng)過(guò)嚴(yán)格處理后仍會(huì)持續(xù)存在。

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“這是第一篇顯示這些保留在金屬中的非平衡狀態(tài)的論文，”說(shuō)麻省理工學(xué)院材料科學(xué)家羅德里戈·弗雷塔斯。

“目前，這種化學(xué)秩序不是我們?cè)谥圃旖饘贂r(shí)控制或關(guān)注的東西?！?/p>

如果您還不熟悉金屬合金的物理學(xué)，那么理解新發(fā)現(xiàn)有點(diǎn)棘手，但化學(xué)短程秩序（SRO公司）研究人員在這項(xiàng)研究中看到的安排是原子落入在金屬合金中。

該團(tuán)隊(duì)運(yùn)行了詳細(xì)的計(jì)算機(jī)模擬，以跟蹤數(shù)百萬(wàn)個(gè)原子在鉻、鈷和鎳合金(鉻鎳)在制造中常見(jiàn)的劇烈變形過(guò)程中，特別是快速冷卻和大量拉伸。

首先，研究人員看到了熟悉的原子模式，但預(yù)計(jì)在這種模式之后不會(huì)仍然完好無(wú)損快速變形.其次，他們發(fā)現(xiàn)了全新的模式，他們稱(chēng)之為“遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)”。

模型顯示，對(duì)于這些狀態(tài)的生存至關(guān)重要的是形成的缺陷（或位錯(cuò)）晶體結(jié)構(gòu)金屬被加熱、冷卻或拉伸時(shí)。它們幾乎就像原子級(jí)的涂鴉，它們幫助金屬承受施加在其上的壓力。

在此之前，人們認(rèn)為變形和隨后的缺陷運(yùn)動(dòng)幾乎消除了 SRO，但研究人員運(yùn)行的模型表明，原子實(shí)際上以一定的可預(yù)測(cè)性洗牌。

“這些缺陷具有指導(dǎo)它們移動(dòng)方式的化學(xué)偏好。他們尋找低能量途徑，因此如果在斷裂化學(xué)鍵之間做出選擇，他們往往會(huì)斷裂最弱的鍵，而且這并不是完全隨機(jī)的。說(shuō)弗雷塔斯。

“這非常令人興奮，因?yàn)樗且环N非平衡狀態(tài)：它不是你在材料中自然存在的東西?！?/p>

換句話說(shuō)，這些新發(fā)現(xiàn)的模式只是因?yàn)?a>制造工藝.然后，它們反過(guò)來(lái)又會(huì)影響金屬的各種特性——這是未來(lái)的研究可以開(kāi)始更詳細(xì)地研究的東西。

雖然這里涉及的物理學(xué)相當(dāng)高層次，但這意味著我們可以以以前從未考慮過(guò)的方式微調(diào)金屬合金的性能，適用于從核反應(yīng)堆到的所有內(nèi)容到航天器——因?yàn)樗鼈兊脑泳芙^被完全洗牌。

“結(jié)論是：你永遠(yuǎn)無(wú)法完全隨機(jī)化金屬中的原子。你如何處理它并不重要。說(shuō)弗雷塔斯。

“事實(shí)上，你無(wú)法將某些東西完全混合在一起，人們沒(méi)有預(yù)見(jiàn)到這種情況的到來(lái)。”

該研究已發(fā)表在自然通訊.

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