重磅！金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)“既強(qiáng)且柔”金屬

近日，金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種可規(guī)模生產(chǎn)的奇異金屬，突破了長(zhǎng)期以來(lái)高柔性和高強(qiáng)度不可兼得的原理性瓶頸，實(shí)現(xiàn)了兼具高分子材料的超高柔性和超高強(qiáng)度鋼的超高強(qiáng)度。該特性能夠在-80℃到+80℃的寬溫域內(nèi)保持，同時(shí)該金屬合金在大應(yīng)變下仍具有出色的抗疲勞特性。這些優(yōu)異特性可望使得該合金在變形飛行器、超級(jí)機(jī)器人、人工器官等未來(lái)技術(shù)領(lǐng)域得到重要應(yīng)用。該研究成果9月4日在Nature在線發(fā)表。

研究背景

變形飛機(jī)、機(jī)器人的超強(qiáng)人工肌肉等一大批未來(lái)技術(shù)亟待一類(lèi)全新金屬材料的出現(xiàn)，它既能像超高強(qiáng)度鋼一樣強(qiáng)，又能像高分子材料一樣柔順。然而，這種工程技術(shù)上熱切期待的“既強(qiáng)且柔”特性是目前物理原理所不允許的性質(zhì)。因?yàn)楦邚?qiáng)度需要強(qiáng)的原子鍵，但強(qiáng)的原子鍵又造成低柔性。因此高強(qiáng)度和高柔性長(zhǎng)期以來(lái)是一對(duì)“魚(yú)與熊掌”不可兼得的性質(zhì)。因此以往的高強(qiáng)度材料如高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度雖然很高（強(qiáng)度高于1 GPa），但其柔性很低（彈性模量或剛度系數(shù)高達(dá)200 GPa）；而高分子材料柔性高（彈性模量低至10 GPa或更低），但其強(qiáng)度也很低（大多低于0.2 GPa）。因此，獲得“既強(qiáng)且柔”的材料長(zhǎng)期以來(lái)似乎是一個(gè)可欲不可求的夢(mèng)想。

研究?jī)?nèi)容

金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)基于國(guó)際上*發(fā)現(xiàn)的應(yīng)變玻璃的基礎(chǔ)研究成果，通過(guò)一種可規(guī)模生產(chǎn)的三步熱機(jī)械處理工藝，在商用Ti-50.8Ni合金中實(shí)現(xiàn)了一種帶有兩種馬氏體“種子”的獨(dú)特應(yīng)變玻璃狀態(tài)DS-STG；該狀態(tài)的合金兼具變形強(qiáng)化帶來(lái)的超高強(qiáng)度（1.8 GPa）和通過(guò)馬氏體“種子”無(wú)形核成長(zhǎng)帶來(lái)的超高柔性（10.5 GPa的超低彈性模量）和超大可逆形變（8%）。因此，該合金成功突破了高強(qiáng)度和高柔性不可兼得的原理性瓶頸，實(shí)現(xiàn)了“既強(qiáng)且柔”的罕見(jiàn)特性。該合金同時(shí)具有應(yīng)變玻璃合金的共同重要優(yōu)點(diǎn)，即該特性能夠在-80℃到+80℃的寬溫域內(nèi)維持不變，以及突出的高應(yīng)變下抗疲勞特性；因此該合金有望滿足變形飛行器、超級(jí)機(jī)器人的溫域要求，所以*工程應(yīng)用前景。這種可規(guī)模生產(chǎn)的“既強(qiáng)且柔”的金屬合金可望對(duì)變形飛行器、超級(jí)機(jī)器人和人造器官等未來(lái)技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生顛覆性影響。