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美国桑迪亚国家实验室研制出迄今为止最耐磨的铂金合金

2018-08-21 17:33 发布者: 工业加热平台

美国桑迪亚国家实验室(SNL)宣布已经研制出了迄今为止最耐磨的铂金合金,耐久度是高强度钢材的 100 倍,与大自然中的钻石、蓝宝石等材料处于同一级别。最近发表于《先进材料》期刊上的文章,介绍了研究团队的这一发现。论文合著者、材料科学家 Nic Argibay 称:“这表明,我们可以对某些合金进行根本上的转变,让它在广泛的层面上实现金属性能的巨大提升”。


美国桑迪亚国家实验室研制出迄今为止最耐磨的铂金合金

Michael Chandross(上左)、Nic Argibay 在进行计算机模拟预测(Randy Montoya / 摄)


虽然金属通常被认为很强硬,但当它们与其它金属反复摩擦(比如发动机),就会出现磨损、变形和腐蚀,除非考虑在机械润滑油中混入保护性质的添加剂。

在电子学中,电子迁移会对金属触点(通常为黄金或其它贵金属)的外层造成影响。

长期‘疲劳’之下(年复一年、日复一日的挤压和滑动),连接点越小、初始材料越少,其承受的磨损就越严重。

有意思的是,桑迪亚国家实验室新研制的铂金涂层,可以在假想的轮胎上运行 1 英里,但只损失一个原子层的厚度。Argibay 表示:

超耐用涂料每年可为电子行业节省超过 1 亿美元的材料费 —— 在持久可靠的前提下,还能让各种尺寸、跨行业的电子产品更具成本效效益。

从航空系统、到风力涡轮机;从手机微电子,到雷达系统。

未参与这项研究的桑迪亚工程师 Chris Nordquist 表示:这些耐磨材料的探索,为一系列设备提供了可靠性优势。

整合和改进的机会,取决于具体的器件。但这种材料将为解决金属微电子元件当前的可靠性限制,提供了另一种工具。

论文一作、桑迪亚博士后 John Curry 指出:许多传统合金的开发,是通过减小颗粒尺寸来增加材料强度的。

即便如此,在极端的压力和温度下,许多合金仍会变粗或变软,特别在金属疲劳时。

而用我们的铂金合金,其机械和热稳定性能都相当出色。在滑动期间,我们没有看到微观结构在长时间、长周期的应力下发生太大变化。

这种新型合金的外观质感,和普通的铂金差不多。其呈现银白色,较纯金略重。最重要的是,它不比其它铂金合金更硬,但在抗热和耐磨性方面要好得多。

研究期间,团队借助了一套基于计算工具的现代方法。Argibay 和 Chandross 的理论,产生于模拟计算‘单个原子如何影响材料’的大规模特性的模拟。

这种联系,在单独的观察中小得可怜。好消息是,许多领域的科学研究人员,都在使用计算工具来消除研究和开发中的大量猜测。

Chandross 表示:“我们正在深入研究基本的原子机制和微观结构,并将所有这些事情联系到一起,以了解为什么可以获取更好的性能、或为什么会遇到性能不良,然后设计出性能更加良好的合金”。

在 Carbon 发表的另一篇论文中,桑迪亚团队描述了又一起非凡事故的结果。

某一天,他们在测量铂金的磨损情况时,意外发现其顶部形成了黑色的薄膜。

此时他们意识到,类似钻石的碳、或许是世界上最好的人造涂料之一。它像石墨一样光滑,又像钻石一样坚硬。

类金刚石碳,通常需要特殊的条件来制造。但在本次合金研究中,它已被自然地合成。Curry 表示:

我们相信材料的稳定性和耐用性,来自于滑动过程中,从环境里粘附和降解的含碳分子,其最终形成了类金刚石碳。

在工业上,还有其它方法能够做到这一点。但他们通常需要含有碳物质的高温等离子体真空室,成本显然非常高昂。

据悉,这一现象不仅能够用于提高金属已经令人印象深刻的性能,还可催生更简单、更具成本效益的方法,来批量生产优质的润滑剂。


来源:cnBeta