普渡大学研制出强度比肩不锈钢的新型铝合金材料

 铝合金是一种很不错的轻量级材料，许多软饮料都喜欢用它制作易拉罐。不过铝合金的缺点也很明显 —— 太脆了。好消息是，普渡大学的研究人员，已经开发出了一种新型的铝合金材料。通过在金属的晶体结构中引入“断层”（faults），这种“缺陷”竟然可以极大地提升材料强度。除了让新型铝合金的强度比肩不锈钢，这项特性也可用于耐腐蚀涂层。

研究员在准备一份样品，左为 Sichuang Xue，右为 Qiang Li 。

从微观层面上来讲，金属就是一层层重复堆叠起来的晶体原子组成的。当某一层的模式缺失时，就会遭致“堆垛层错”（stacking fault）。

如果有两个断层，则被称作“双边界”（twin boundaries）或“纳米孪晶”（nanotwins）。若达到了 9 层，就被称作“9R 相”。

有趣的是，这些堆叠起来的断层竟然能够让材料强度变得更高。有鉴于此，普渡大学的研究人员们希望同时将“纳米孪晶”和“9R 相”两种特性包含进去。

这份铝合金样品将被透射式电子显微镜分析，以研究其结晶结构。

难度在于，金属有一个“高堆垛层错能”（high stacking fault energy），即材料会倾向于“自我纠错”。两项新研究作者 Xinghang Zhang 表示：

此前有人证实了铝材料很难引入‘双边界’，而‘9R 相’的引入就更难了，因为它的‘堆错能’太高了。

即便如此，他们还是克服了难题，将两项特性引入到新型铝材中，在增加材料的强度和延展性的同时，还改善了它的热稳定性。

普渡大学研究人员发明的这种新型铝合金，拥有比肩不锈钢的强度特性。

为了在新型铝材中引入“9R 相”，科学家们使用了两项不同的技术。其一是“冲击诱发”（shock-induced），即利用激光来轰击超薄铝片和二氧化硅粒子。

论文一作 Sichuang Xue 称：“我们发现，该技术可诱发宽度达到数十纳米的‘9R 相’形变”。第二项技术则是“磁控溅射”（magnetron sputtering）。

该工艺可以可将铁原子引入铝的晶体结构中，从而打造出迄今为止强度较高的铝合金材料。研究团队称，该工艺可以拓展至工业化生产的规模。

新技术有望在电子设备和车辆的耐腐蚀涂层领域得到应用。Xinghang Zhang 表示：“这些结果展示了如何制造强度比肩不锈钢的铝合金材料，该发现对商业有着很多的潜在影响”。