“斷層”技術(shù)，竟能增強耐腐蝕涂層？

  鋁合金是一種很不錯的輕量級材料，許多軟飲料都喜歡用它制作易拉罐。不過鋁合金的缺點也很明顯——太脆了。好消息是，普渡大學(xué)的研究人員，已經(jīng)開發(fā)出了一種新型的鋁合金材料。通過在金屬的晶體結(jié)構(gòu)中引入“斷層”（faults），這種“缺陷”竟然可以極大地提升材料強度。除了讓新型鋁合金的強度比肩不銹鋼，這項特性也可用于耐腐蝕涂層。

  從微觀層面上來講，金屬就是一層層重復(fù)堆疊起來的晶體原子組成的。當(dāng)某一層的模式缺失時，就會遭致“堆垛層錯”（stacking fault）。如果有兩個斷層，則被稱作“雙邊界”（twin boundaries）或“納米孿晶”（nanotwins）。若達到了9層，就被稱作“9R相”。

  有趣的是，這些堆疊起來的斷層竟然能夠讓材料強度變得更高。有鑒于此，普渡大學(xué)的研究人員們希望同時將“納米孿晶”和“9R相”兩種特性包含進去。難度在于，金屬有一個“高堆垛層錯能”（high stacking fault energy），即材料會傾向于“自我糾錯”。兩項新研究作者 Xinghang Zhang 表示：

  此前有人證實了鋁材料很難引入‘雙邊界’，而‘9R相’的引入就更難了，因為它的‘堆錯能’太高了。即便如此，他們還是克服了難題，將兩項特性引入到新型鋁材中，在增加材料的強度和延展性的同時，還改善了它的熱穩(wěn)定性。為了在新型鋁材中引入“9R相”，科學(xué)家們使用了兩項不同的技術(shù)。其一是“沖擊誘發(fā)”（shock-induced），即利用激光來轟擊超薄鋁片和二氧化硅粒子。

  論文一作Sichuang Xue 稱：“我們發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)可誘發(fā)寬度達到數(shù)十納米的‘9R相’形變”。第二項技術(shù)則是“磁控濺射”（magnetron sputtering）。該工藝可以可將鐵原子引入鋁的晶體結(jié)構(gòu)中，從而打造出迄今為止強度最高的鋁合金材料。研究團隊稱，該工藝可以拓展至工業(yè)化生產(chǎn)的規(guī)模。新技術(shù)有望在電子設(shè)備和車輛的耐腐蝕涂層領(lǐng)域得到應(yīng)用。Xinghang Zhang表示：“這些結(jié)果展示了如何制造強度比肩不銹鋼的鋁合金材料，該發(fā)現(xiàn)對商業(yè)有著很多的潛在影響”。

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