世界首创'超级合金'可能改变金属制造方式

# 世界首创“超级合金”或将变革金属制造方式 来源：https://www.sciencealert.com/world-first-super-alloy-could-transform-the-way-metals-are-made 世界首创“超级合金”或将变革金属制造方式合金在加热32小时（左）与64小时（右）时的微结构演变。（Zhang 等人，*Science*，2026）（https://doi.org/10.1126/science.aec4995） 金属合金（https://www.sciencealert.com/this-alloy-is-the-toughest-known-material-on-earth-and-it-gets-tougher-in-the-cold）广泛应用于从飞机到刀具的各个领域，是现代生活中不可或缺的一部分。 科学家们仍在不断探索改良它们的方法——而这往往取决于它们最初的成型方式。 钢是经典的合金范例之一（https://www.sciencealert.com/the-first-deliveries-of-green-steel-suggests-its-future-is-not-far-off）：大部分为铁，加入少量碳及其他元素，使其比纯铁更坚固、更坚硬。 如今，一个国际研究团队提出了一种制造合金的新方法。该方法在《科学》（https://doi.org/10.1126/science.aec4995）杂志上发表的新论文中进行了描述，有望制造出比当今材料坚韧数倍的金属。 合金示意图研究人员促使其合金中的原子有序排列。（Monash University/AI）其诀窍在于使用比常规合金制造更低、更可控的温度，并将金属“烘烤”特定时间。 这导致原子形成更稳定、有序的排列，以晶粒形式排列，这些晶粒比通常更小、排列更紧密。 “一个多世纪以来，合金开发一直侧重于成分和加工工艺，”澳大利亚莫纳什大学的材料科学家聂建峰表示（https://www.monash.edu/news/articles/engineers-create-world-first-super-alloy）。 “我们的研究表明，原子在制造过程中的组织方式可能同样重要。” “真正的意义不仅在于这种特定的合金，而在于证明了原子可以在块体金属材料中自组织成无缺陷的结构——块体金属是指一大块连续的金属，而非薄涂层、薄膜或微观样品。” 合金强度该合金在加热32小时后强度最高（图C）。（Zhang 等人，*Science*，2026）关于规模化的这一点很重要——更小、组织更优的晶粒理念此前已有探索（https://doi.org/10.1126/science.aal5166），但将其放大为可用的材料则颇具挑战性。 在这项新研究中，研究人员混合了五种金属：铪、铌、钽、钛和锆。经过短暂的高温（https://www.sciencealert.com/scientists-have-broken-a-staggering-record-on-the-melting-point-of-platinum）熔融阶段后，合金被降至相对较低的550°C（1,022°F），并保持数小时甚至数天。 大约在32小时时，研究人员获得了最佳结果：一种名为难熔高熵合金（Refractory High-Entropy Alloy, RHEAD）的“超级合金”。 其强度是钢的两倍，是铝的三倍，并且是用传统方法制造的相同合金的两倍。 “通过精心控制加工过程中原子的组织方式，我们创造了一种高度连通的结构，具有卓越的强度和稳定性，”中国重庆大学的材料科学家于张表示（https://www.monash.edu/news/articles/engineers-create-world-first-super-alloy）。 金属的选择和制备方法共同创造了条件，使合金原子能够自组织成重复的晶粒模式，响应混合材料之间的自然应力，从而形成无缺陷的结构。 这种组织，加上重复晶粒之间没有缺陷和间隙，赋予了它额外的强度（https://www.sciencealert.com/this-two-dimensional-material-is-even-tougher-than-graphene）。 测试表明，新合金在保持延展性（即弯曲而不破裂）的同时，实现了超过2吉帕的抗压屈服强度。 订阅 ScienceAlert 的免费事实核查新闻通讯（https://www.sciencealert.com/newsletter?utm_source=promo_stargazing） “如果这一概念能更广泛地应用，它可能开启先前被认为无法实现的材料特性之门，对合金设计的影响可扩展到众多系统和行业，”聂说（https://www.monash.edu/news/articles/engineers-create-world-first-super-alloy）。 “我们或许不必通过增加合金含量来获得更好的性能，而是可以设计出用更少合金元素就能提供优异性能的内部结构。这可能导致更高效、更可持续、更具成本效益的合金生产。” 研究人员表示，他们的发现为未来制造打开了广阔的天地，从航空航天（https://www.sciencealert.com/aerospace-company-airbus-designs-new-space-station-with-artificial-gravity）到能源系统，甚至包括尚未想象的技术。 **相关：在古老宝藏中发现来自我们星球之外的奇异金属（https://www.sciencealert.com/strange-metal-from-beyond-our-planet-spotted-in-ancient-treasure-stash）** 然而，还有很多工作要做。接下来，团队不仅要了解原子在重新排列时的行为，还要了解它们这样做的原因，这应当能够使这项新技术得到扩展和完善。 “一个多世纪以来，合金的进步来自于改变化学成分和加工工艺，主要依靠经验性的试错，”莫纳什大学工程学院长 Yiannis Ventikos 表示（他并未直接参与这项研究）。 “这项研究表明，我们实际上可以设计原子如何自组织，从而为开发以前无法企及的材料能力创造了机会。” 该研究已发表在《科学》（https://doi.org/10.1126/science.aec4995）上。 本文由 Clare Watson（https://www.sciencealert.com/clare-watson）进行事实核查，并由 Peter Dockrill（https://www.sciencealert.com/peter-dockrill）编辑。虽然我们对自己的流程充满信心，但人非圣贤。如果您发现错误，请告知我们（https://www.sciencealert.com/contact-us）。