高溫合金是航空發(fā)動機的重要結(jié)構(gòu)材料，也是我國研發(fā)新一代航空發(fā)動機的瓶頸所在。浙江大學(xué)科學(xué)家日前找到了在高溫合金中添加貴金屬“錸”的位置，讓材料不易斷裂。

    科研人員表示，通過對錸的研究及調(diào)節(jié)，能在更高溫度下保護飛機發(fā)動機的安全。研究成果已發(fā)表在5月23日上線的金屬材料領(lǐng)域期刊《Acta Materialia》。據(jù)了解，這是浙大電子顯微鏡中心通過材料結(jié)構(gòu)和性能的同步研究，將科研工作延伸到發(fā)動機戰(zhàn)略材料研究領(lǐng)域。這篇論文也成為高溫合金研究領(lǐng)域水平的科研論文。

    材料的薄弱環(huán)節(jié)在兩相界面，即兩種不同成分或不同結(jié)構(gòu)的接觸面。論文通訊作者余倩教授說，在高溫合金中，兩相界面中會形成致密的界面位錯網(wǎng)。科研人員發(fā)現(xiàn)，當把錸放置在界面位錯網(wǎng)的核心位置時，錸會很明顯地強化界面位錯網(wǎng)，進而強化這個界面。界面強化后，兩相之間的“剪切”就會很困難，材料也就不易斷裂。

    課題組依托浙大電鏡中心先進的科研設(shè)備，從原子層面看清了錸元素在高溫合金中的分布。專家們看到清晰的圖案如同我們生活中的磚塊墻，不同的晶體間由水泥一樣的“縫”粘連。這些“縫”就像隔離帶一樣，可以有效阻止裂紋的生長。而在這“磚塊”與“縫”的界面位錯網(wǎng)上，課題組找到了大量的錸。他們進一步研究發(fā)現(xiàn)，界面錯位網(wǎng)上錸的存在讓“磚塊”間的“縫”變得非常穩(wěn)固，進而讓材料中的裂紋不易貫穿。“當力的作用不斷加大，有錸的高溫合金也會出現(xiàn)裂紋，但裂痕生長在單相中呈現(xiàn)鋸齒形，延緩了快速開裂。”余倩說。

    此前，人們已經(jīng)認識到錸這種貴金屬是研發(fā)新一代高溫合金的關(guān)鍵元素，很多時候，判斷高溫合金代際就是看錸的含量。浙大科學(xué)家的一系列新發(fā)現(xiàn)讓我們對錸在高溫合金中的作用認識更加深刻。

    余倩教授于2014年加盟浙江大學(xué)，成為當時浙大年輕的博士生導(dǎo)師。近年來她一直從事傳統(tǒng)金屬的研究，“可能這不是個時髦的研究，但卻有著重大的戰(zhàn)略意義。”就拿航空發(fā)動機來說，飛機起飛和降落時發(fā)動機葉片的服役溫度至少在1300℃以上，同時材料還會受到應(yīng)力的影響，幾乎沒有材料能完全勝任這樣苛刻的工作條件。而高溫合金是近幾十年發(fā)展起來的一個重要材料。作為單晶的高溫合金還被稱為不被破壞的金屬材料。余倩坦言，在每一個高溫合金的研究都是高度保密的，“在美國讀書時，根本沒有可能接觸到這類材料，因為我是中國人。”余倩表示，這次研究的順利開展還得益于浙大新成立的材料科學(xué)與工程學(xué)院高溫合金研究所，研究所的目標領(lǐng)域就是重大需求的高性能結(jié)構(gòu)材料，自己也得以進入戰(zhàn)略材料研究領(lǐng)域。

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