隱藏在金屬內(nèi)部的秘密原子圖案被發(fā)現(xiàn)

什么時候金屬合金根據(jù)傳統(tǒng)智慧，在制造過程中進行加工時，組合元素的原子會隨機混合在一起——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。

這項研究是麻省理工學院 （MIT） 研究人員的工作，它有望開辟在制造過程中控制金屬性能的新方法

最近實驗室研究有識別出細微的模式在金屬合金中可以調(diào)整以增強材料的性能，包括機械強度、耐用性和輻射耐受性.這項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)過嚴格處理后仍會持續(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，”說麻省理工學院材料科學家羅德里戈·弗雷塔斯。

“目前，這種化學秩序不是我們在制造金屬時控制或關注的東西?！?/p>

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

該團隊運行了詳細的計算機模擬，以跟蹤數(shù)百萬個原子在鉻、鈷和鎳合金(鉻鎳)在制造中常見的劇烈變形過程中，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，但預計在這種模式之后不會仍然完好無損快速變形.其次，他們發(fā)現(xiàn)了全新的模式，他們稱之為“遠離平衡狀態(tài)”。

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

在此之前，人們認為變形和隨后的缺陷運動幾乎消除了 SRO，但研究人員運行的模型表明，原子實際上以一定的可預測性洗牌。

“這些缺陷具有指導它們移動方式的化學偏好。他們尋找低能量途徑，因此如果在斷裂化學鍵之間做出選擇，他們往往會斷裂最弱的鍵，而且這并不是完全隨機的。說弗雷塔斯。

“這非常令人興奮，因為它是一種非平衡狀態(tài)：它不是你在材料中自然存在的東西?！?/p>

換句話說，這些新發(fā)現(xiàn)的模式只是因為制造工藝.然后，它們反過來又會影響金屬的各種特性——這是未來的研究可以開始更詳細地研究的東西。

雖然這里涉及的物理學相當高層次，但這意味著我們可以以以前從未考慮過的方式微調(diào)金屬合金的性能，適用于從核反應堆到的所有內(nèi)容到航天器——因為它們的原子拒絕被完全洗牌。

“結論是：你永遠無法完全隨機化金屬中的原子。你如何處理它并不重要。說弗雷塔斯。

“事實上，你無法將某些東西完全混合在一起，人們沒有預見到這種情況的到來?！?/p>

該研究已發(fā)表在自然通訊.

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