纳米颗粒已被用开发高强度材料作为结构应用

电动悟空摘录 目前，纳米颗粒已被用开发高强度材料作为结构应用。然而，纳米颗粒往往具有热不稳定性，在高温环境下容易快速粗化。

(图片来源:香港城市大学)

据外媒报道，香港城市大学（City University of Hong Kong，CityU）材料科学家负责的最新研究发现，高熵合金（也称为化学复合金）中钴浓度的调整可以防止纳米颗粒在高温下迅速粗化。该策略为各种工程领域设计了一种新的热稳定化学复合金。

纳米颗粒强化技术被认为是创造具有独特结构和功能的材料的强有力策略，即在合金化过程中添加纳米颗粒来强化合金。该技术已广泛应用于制造先进的铝合金、钢和高温合金等新型高强度材料。然而，这些小纳米颗粒的热稳定性较差，在高温下容易迅速粗化，大大降低了主要材料的承载能力，导致断裂或其他严重故障。

在这项研究中，研究调整钴浓度，可以定量控制高熵合金的缓慢晶格扩散（sluggish lattice diffusion）效应高达1万°C充分防止纳米颗粒在温度下迅速粗化。研究负责人，CityU材料科学与工程系Yang Tao博士说：这项研究为高温结构应用设计高性能合金开辟了一条非常有效的方法，使其具有优异的热性能和机械性能。”

缓慢晶格扩散效应，即单个元素在高构形熵合金中的扩散速度慢于低构形熵合金，可能会给高熵合金带来显著的热稳定性。然而，缓慢晶格扩散效应的潜在机制尚不清楚。

研究各种实验技术和理论模拟的互补结合，研究小组观察到钴可以通过降低其他元素的相互扩散系数描述材料中原子迁移率的参数）有效触发镍钴铁铬铝钛（NiCoFeCrAlTi）独特的缓慢晶格扩散效应在合金体系中。结果表明，钴浓度的增加可以大大降低平均粒径，进一步提高这些纳米颗粒的热稳定性。此外，在800°C钴浓度的调整可以显著降低所有高熵合金主要成分的相互扩散系数，尤其是铝。

该团队开发的可控缓慢晶格扩散策略可达800 ~ 1000°C超稳定纳米结构在高熵合金体系中实现。Yang医生说：这项研究发现了一种新的纳米颗粒稳定机制。传统观点认为，纳米颗粒的稳定性是通过添加不熔元素来实现的。

这一新策略可以进一步指导新型化学复合金的开发，使其具有优异的微结构稳定性，并可能应用于其他金属合金。这为下一代高熵合金的发展铺平了道路。这些合金可用于航空航天、汽车设计和核工程等各种工程领域的极端高温环境。