比钢铁还硬的金属材料(有史以来最坚硬的合金材料韧性是钢铁5倍，飞机不再有金属疲劳)

Posted 2023-05-30

篇首语：一日之计在于晨，一年之计在于春。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了比钢铁还硬的金属材料(有史以来最坚硬的合金材料韧性是钢铁5倍，飞机不再有金属疲劳)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

如果你亲眼目睹了空难现场就知道飞机出现“金属疲劳”有多可怕了，例如2002年5月25日中华航空的611号航班在10640米高空突然解体，机上人员不幸全部遇难，是“金属疲劳”导致了这一起悲剧的发生。

“金属疲劳”让金属材料变形，甚至破裂，若是地面上的机器、物品和车辆出现“金属疲劳”那问题也不大，甚至不会带来太大的财产损失，大不了我们把疲劳部分更换掉就可以了，但飞机在飞行时出现“金属疲劳”却不行。

飞机出现“金属疲劳”暴露出航空材料的弱点，坚硬度不够，延展性和韧性不足，如何解决“金属疲劳”问题成为了一道难以解决的“航空难题”，什么时候才能够找到一种更坚硬的替代材料呢？大家都很期待。

不过现在终于找到了，研究人员找到了一种有史以来最坚硬的合金材料，其韧性是最坚硬的钢合金5倍以上，如果把这种超强的合金材料用在飞机上，即便飞机飞报废了也不会出现“金属疲劳”这个问题。

来自美国劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab) 和橡树岭国家实验室的研究人员在研究铬、钴、镍、锰、和铁金属合金时，发现了有史以来最坚硬的合金材料，拥有极强的延展性和极高的韧性。

这种合金是从CrMnFeCoNi（铬、锰、铁、钴和镍）中衍生出来的一种新合金材料(CrCoNi)，比普通的铬、钴、镍合金显示出更卓越的性能，它被称为高熵合金 (HEA) 材料，HEA有20多年历史了，一直是研究的热门领域。

普通合金材料一般只添加一种元素，但是CrCoNi添加等比例混合元素，CrCoNi合金材料表现出与普通合金材料相反的特性，普通合金材料在低温环境中变脆、硬度下降，但是CrCoNi合金材料在低温中不会变脆，反而变硬。

在-196 °C的低温环境中下，CrCoNi材料表示出极高强度和韧性，比以前更强了，研究小组还对它测试了更低的温度-253°C，果不其然，CrCoNi在强度和韧性方面达到意想不到的高度。

知道CrCoNi有多坚硬吗？在同等单位下，金属硅的韧性为1MPa·m ½，铝合金的飞机材料韧性为35MPa·m ½，最好的钢合金韧性只有100MPa·m ½，但是CrCoNi合金材料韧性达到了540MPa·m ½。

所以，CrCoNi是现在铝合金飞机材料的15倍以上，是钢合金韧性的5倍以上，如果飞机使用上CrCoNi合金材料，即便飞机开到报废的年限了，应该不会再出现“金属疲劳”这个问题，那么空灾也会相对减少，这是好事一桩。

这项新研究发现于2022年12月1日发表在《科学》网站上，网址: /doi/10.1126/science.abp8070，该研究引发了广大的关注，现在飞机材料主要是铝合金和昂贵的钛合金，CrCoNi取代现在的飞机材料将指日可待。更有趣的科学探索内容请关注唯一微信公众号：有趣探索