香港城市大学
高熵埃利瓦尔合金的硬度随温度保持不变
学分:香港城市大学 金属通常在受热膨胀时会软化，但由香港城市大学(CityU)学者和其他研究人员领导的一个研究小组发现了一种首创的超弹性合金，即使加热到1000K(726
85摄氏度)或更高，几乎没有能量耗散
该团队相信这种合金可以用于制造太空任务的高精度设备
该研究团队由来自城市大学机械工程系的杨勇教授和他的合作者领导
该发现发表在科学杂志《自然》上，标题为“一种高度扭曲的超弹性化学复合埃林瓦合金”
" 挑战热膨胀原理 通常，弹性模量
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大多数固体(包括金属)的硬度会随着热膨胀导致的温度升高而降低
然而，杨教授和他的团队发现了一种叫做Co25Ni25(HfTiZr)50的高熵合金，或“高熵Elinovar合金”，揭示了Elinovar效应
这意味着合金在很宽的温度变化范围内都能牢牢保持其弹性模量
“当这种合金被加热到1000K时，我
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, 726
85摄氏度，甚至更高，它具有与室温相当的硬度，并且它膨胀时没有任何明显的相变
这改变了我们的课本知识，因为金属在受热膨胀时通常会软化，”杨教授说
该团队进行了一些实验，在这些实验中，一个钢球被(从左边)一个Co25Ni25(HfTiZr)50合金板、一个Cu50Zr45Al5板、一个NiAl合金和商用不锈钢反弹
Co25Ni25(HfTiZr)50合金板最有弹性
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何等
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1038/s 14586-021-04309-1 杨教授解释说，这是一个偶然的发现
“我们在2017年发现了这一现象，并花了几年时间试图理解其潜在机制，以确定为什么合金的硬度不会随着温度的升高而变化，”他补充道
实验证明，在1273K(1000摄氏度)下退火不同时间，合金的组织和力学性能不敏感
“这意味着合金的硬度对温度保持不变
根据文献，在我们的发现之前，没有发现已知的金属有这种行为，”杨教授说
特殊的结构导致独特的性能 杨教授和他的团队最近发现了这一发现背后的原因:一种特殊的高度扭曲的晶格结构，具有复杂的原子尺度化学成分
由于独特的结构特征的结合，高熵Elinvar合金对位错运动具有非常高的能量屏障
因此，它显示出令人印象深刻的弹性应变极限和接近100%的能量储存能力
该图显示，当温度从300K升高到950K时，合金的弹性模量几乎保持不变(略有增加)
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从26岁开始
85Cto 676
85C
这一发现表明，即使在非常高的温度下，这种结构也是稳定的
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1038/s 14586-021-04309-1 研究小组还发现，高熵Elinvar合金在室温下以块体形式存在的弹性极限约为2%，这与弹性极限低于1%的传统晶态合金形成了鲜明对比。弹性极限是指在合金内部产生的最大应变，不会导致材料变形
虽然几年前就有类似成分的合金报道，但当时还不了解它的结构和行为
在这项研究中，研究小组为同一种合金开发了三种原子结构模型，并比较了它们的性质
基于对合金系统的系统研究，他们获得了这一发现的专利
制造高精度器件的潜力 有趣的是，研究小组发现这种合金“非常有弹性”，可以储存大量的弹性能量
杨教授指出，这种合金可用于储能，用于后续的能量转换
他解释说:“由于弹性不会耗散能量，因此不会产生热量，热量会导致设备出现故障，因此这种超弹性合金将在手表和计时器等高精度设备中非常有用。”
该团队为同一种合金开发了三种原子结构模型，元素原子分布不同，并比较了它们的性质
模型二和模型三与实验结果吻合较好
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1038/s 14586-021-04309-1 研究小组设想了这种合金的许多应用，特别是在航空航天工程中，其中的设备和机械预计会经历剧烈的温度变化
“例如，我们知道月球表面的温度从122摄氏度到-232摄氏度不等
杨教授说:“这种合金在极端环境下仍将保持坚固和完整，因此它将非常适合未来在太空任务中在各种温度下运行的机械计时器。”
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