伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校稳定合金晶界处的析出物 有利于改善车用合金

许多工程材料含有两相或更多相，从而改善其特性和性能。这些两相材料的微观结构中通常会嵌入包裹体（称为析出物）。合金是两种或更多种金属的组合，适合多种应用，如汽车中使用的轻量化合金。受益于嵌入的析出物，合金具有很好的机械性能。然而，平均析出物的大小往往会随着时间的推移而增加（这一过程被称为粗化），导致具有纳米级析出物的微结构性能下降。

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（图片来源：伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）

据外媒报道，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（University of Illinois Urbana-Champaign）的研究人员发现了一种稳定合金中纳米级析出物的新途径。

在一项新的研究中，材料科学与工程教授Pascal Bellon、博士后研究员Gabriel Bouobda Moladje及其合作者表明，通过非平衡过程可以阻止析出物粗化，从而产生稳定的纳米结构。

Bellon表示：“在过去的二十年里，研究人员已经意识到，结构中拥有纳米级的包裹体，实际上对材料非常有利。挑战在于，这些小颗粒自发地想要变大。”

把这想象成做意大利面：当在沸水中加入油时，刚加入和搅拌时油滴可能很小，如果停止搅拌，油滴就会结合在一起形成更大的油滴。这就是粗化过程。Bellon表示：“如果我们对小尺度物体的分布感兴趣，必须与物体变粗的自然趋势作斗争。”

该团队使用计算模型来探讨受到辐照（一种非平衡力）时在材料不同晶体之间的域（称为晶界）形成的析出物。在平衡环境中，力是平衡的，并且材料不会出现净变化。然而，在大多数应用中，硬质材料会受到非平衡力的作用，例如辐照，甚至是搅拌。因此，了解析出物在这种非平衡环境中如何演化非常重要。

Bellon表示：“我们对受到高能粒子辐照的合金特别感兴趣，如用于核应用的材料。用于太空的材料也是如此，会受到宇宙射线的轰击。这项研究专门探讨一种铝和锑的模型合金。”

在铝和锑的合金中，锑会形成析出物，如同油在水中形成油滴。研究人员发现，如同预期，当受到辐照时，在晶界处会形成析出物。然而，出乎意料的是，这些析出物不会粗化并继续生长，而是在达到一定尺寸后停止，这被称为抑制粗化行为。

这种方法可以应用于其他材料系统。在这些系统中，物种的传输起着重要作用，例如电池中电极之间的离子物种传输。在电池材料中，存在小析出物是有利的，因为大析出物会对材料产生很大的应力。在这种情况下，抑制粗化是有益的。

研究人员计划对这些结果进行实验验证。Bellon表示：“我们很高兴能将建模、理论和实验结合起来，同时利用材料研究实验室的所有工具，对计算机模拟预测值进行实验测试。”