世界上最耐磨合金问世 比高强度钢耐用100倍

出品|网易科学人栏目组 晗冰

图示：桑迪亚国家实验室材料科学家迈克尔·钱德罗斯（Michael Chandross）和尼古拉斯·阿吉巴伊（Nicolas Argibay）对新合金进行计算机模拟，并用超高真空摩擦仪对其进行磨损测试。

据国外媒体报道，新墨西哥州阿尔伯克基桑迪亚国家实验室研究人员开发出一种由90%铂金和10%黄金组成的耐磨新材料，其堪称目前最耐磨的金属合金，比高强度钢耐用100倍，与自然界中的钻石以及蓝宝石等材料的耐磨度处于同一级别。研究人员指出，如果一辆汽车的轮胎涂层是由这种材料制成的，那么在磨损到胎面之前，其可以绕地球打磨500圈。

据悉，这项研究由美国能源部的国家核安全管理局提供了数千万美元的资助。测试结果于今年6月份发表在《先进材料》(Advanced Materials)杂志上，科学家于上周向媒体公布了他们的研究成果。

这种新型铂金合金背后的一个关键理论来自于麻省理工学院(MIT)、多伦多大学(University of Toronto)等研究机构对黄金惊人耐热性的研究。

研究人员从理论上推测，金属的韧性取决于它对高温的反应，而不是硬度。

“许多开发出来的传统合金往往是通过减小颗粒尺寸来增加材料的强度，” 桑迪亚国家实验室博士后研究员、论文第一作者约翰·库里（John Curry）在一份声明中指出。即使如此，在极端压力和高温条件下，许多合金会变粗或变软，在金属疲劳状态下尤为如此。我们发现，我们所开发的铂金合金的机械应力和热稳定性都非常好。在摩擦期间，我们没有观察到合金的微观结构在长时间的周期应力下有很大的变化。”

图示：这种铂金与黄金组成合金（右图红色区域）的耐磨度接近于自然界中的钻石以及蓝宝石等超硬材料。

为了证实这种合金的耐热性和耐摩性，桑迪亚国家实验室研究小组对其进行了严格的循环退火测试，这是一种在冶金过程中用来改变材料性能的加热过程。在超高真空中，合金在500摄氏度的高温下暴露一整天，然后再应用于各种摩擦和磨损实验。合金微小的单个颗粒并没有发生变形——没有证据表明它们相互融化形成更大的纳米晶粒，或分裂成更小的晶粒，或者在根本上改变了它们的基本结构。

“在很大程度上我们依赖于麻省理工学院克里斯·舒(Chris Shuh)团队的工作，”材料科学家尼古拉斯·阿吉巴伊（Nicolas Argibay）表示。“他们花了几年时间试图理解晶粒变化和微观结构稳定性的热力学模型。在桑迪亚，我们一直在进行类似的对齐建模工作来理解材料的磨损程度。”

“如果你了解我们的开发工作，你可以从克里斯的热稳定性模型中推断出像这样的合金应该具有非常好的耐磨性。”

“我们之所以选择铂金和黄金，因为我们在桑迪亚非常关注电子元气件，” 阿吉巴伊表示。“手机插件、电脑、卫星集电环以及飞机和宇宙飞船上传输电力的部件都可以使用合金。它们是彼此连接的插件，既要经受磨损和撕裂，也需要传导电流。”