工程师从碳化物纳米粒子开发新的轻质金属

在左侧，纯金属的变形样品;在右侧，用碳化硅纳米粒子镁制成的强大新型金属。每个中央微米都是约4微米。

使用镁用碳化碳化硅纳米粒子的镁，来自加州大组织的工程师开发了一种异常强壮的轻质金属，可用于飞机，汽车，移动电子等。

由UCLA Henry Samueli工程学院的研究人员领导的团队创​​造了一种超强但光结构金属，具有极高的特定强度和模量，或刚度至重量比。新的金属由注入镁的镁与陶瓷碳化硅纳米粒子的密集甚至分散。它可用于制作较轻的飞机，航天器和汽车，帮助提高燃油效率，以及移动电子和生物医学设备。

为了创造超强但轻质的金属，该团队发现了一种在熔融金属中分散和稳定纳米颗粒的新方法。它们还开发了一种可扩展的制造方法，可以为更高性能的轻质金属铺平道路。该研究本质上发表。

“已经提出，纳米颗粒可以真正提高金属的强度而不损坏它们的可塑性，特别是镁等轻金属，但没有群体能够将熔融金属中的陶瓷纳米颗粒分散，”少春李，“少年调查人员说在UCLA的制造工程中的研究和雷神椅。“随着物理和材料加工的输注，我们的方法通过均匀地输注致密纳米颗粒来提高许多不同种类金属的性能来提高金属的性能，以满足当今社会的能源和可持续发展挑战的性能。”

结构金属是承载金属;它们用于建筑物和车辆。镁，仅为三分之二的铝密度，是最轻的结构金属。碳化硅是一种常用于工业切割刀片的超硬陶瓷。研究人员用大于100纳米的大量碳化硅颗粒注入大量碳化硅颗粒的技术在高温下增加了显着的强度，刚度，可塑性和耐久性。

研究人员的新碳化硅注入的镁表现出特定强度的记录水平 - 材料在断裂之前可以承受的重量和特异性模量 - 材料的刚度与重量比。它还在高温下表现出卓越的稳定性。

陶瓷颗粒长期被认为是使金属更强的潜在方法。然而，对于微尺寸陶瓷颗粒，输注过程导致可塑性损失。

相比之下，纳米级颗粒可以增强强度，同时保持甚至改善金属的可塑性。但由于小颗粒吸引另一种颗粒的趋势，纳米级陶瓷颗粒倾向于聚集在一起而不是均匀地分散。

为了抵消这个问题，研究人员将颗粒分散到熔融的镁锌合金中。新发现的纳米粒子分散体依赖于颗粒运动中的动能。这稳定了颗粒的分散并防止块状。

为了进一步提高新的金属的实力，研究人员使用一种称为高压扭转的技术来压缩它。

“到目前为止，我们获得的结果只是抓住隐藏宝藏的表面，为具有革命性和功能的新一类金属，”李说。

新的金属（更准确地称为金属纳米复合材料）是约14％的碳化硅纳米颗粒和86％的镁。研究人员指出，镁是一种丰富的资源，扩大使用它不会引起环境损害。

本文的铅作者是陈连 - ·陈，为李油公司的李德进诉实验室的博士后学者进行了研究。陈现在是密苏里州科技大学机械和航空航天工程助理教授。

来自加州大学生的其他作者包括材料科学与工程研究生嘉 - 泉徐; Marta Pozuelo，助理开发工程师;和詹宁阳，材料科学与工程教授。

本文的其他作者是克莱姆森大学的鸿郡崔;北卡罗来纳州立大学小龙马;明尼阿波利斯的Hysitron，Inc。的Sanjit Bhowmick;和UC Riverside的Suveen Mathaudhu。

该研究部分由国家标准与技术研究所资助。

出版物：陈，等人，“含有纳米颗粒致密均匀分散的镁的加工和性质，”2015年12月24日“（2015年12月24日）DOI：10.1038 / Nature16445