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高溫合金是航空發(fā)動機的重要結(jié)構(gòu)材料，也是我國研發(fā)新一代航空發(fā)動機的瓶頸所在。浙江大學科學家日前找到了在高溫合金中添加貴金屬“錸”的好佳位置，讓材料不易斷裂。
科研人員表示，通過對錸的研究及調(diào)節(jié)，能在更高溫度下保護飛機發(fā)動機的安全。研究成果已發(fā)表在5月23日上線的金屬材料領(lǐng)域頂級期刊《Acta Materialia》。據(jù)了解，這是浙大電子顯微鏡中心首次通過材料結(jié)構(gòu)和性能的同步研究，將科研工作延伸到發(fā)動機戰(zhàn)略材料研究領(lǐng)域。這篇論文也成為高溫合金研究領(lǐng)域好高水平的科研論文之一。
材料的薄弱環(huán)節(jié)在兩相界面，即兩種不同成分或不同結(jié)構(gòu)的接觸面。論文通訊作者余倩教授說，在高溫合金中，兩相界面中會形成致密的界面位錯網(wǎng)。科研人員發(fā)現(xiàn)，當把錸放置在界面位錯網(wǎng)的核心位置時，錸會很明顯地強化界面位錯網(wǎng)，進而強化這個界面。界面強化后，兩相之間的“剪切”就會很困難，材料也就不易斷裂。
課題組依托浙大電鏡中心先進的科研設(shè)備，首次從原子層面看清了錸元素在高溫合金中的分布。專家們看到清晰的圖案如同我們生活中的磚塊墻，不同的晶體間由水泥一樣的“縫”粘連。這些“縫”就像隔離帶一樣，可以有效阻止裂紋的生長。而在這“磚塊”與“縫”的界面位錯網(wǎng)上，課題組找到了大量的錸。他們進一步研究發(fā)現(xiàn)，界面錯位網(wǎng)上錸的存在讓“磚塊”間的“縫”變得非常穩(wěn)固，進而讓材料中的裂紋不易貫穿。“當力的作用不斷加大，有錸的高溫合金也會出現(xiàn)裂紋，但裂痕生長在單相中呈現(xiàn)鋸齒形，延緩了快速開裂?！庇噘徽f。
此前，人們已經(jīng)認識到錸這種貴金屬是研發(fā)新一代高溫合金的關(guān)鍵元素，很多時候，判斷高溫合金代際就是看錸的含量。浙大科學家的一系列新發(fā)現(xiàn)讓我們對錸在高溫合金中的作用認識更加深刻。
余倩教授于2014年加盟浙江大學，成為當時浙大好年輕的博士生導師。近年來她一直從事傳統(tǒng)金屬的研究，“可能這不是個時髦的研究，但卻有著重大的戰(zhàn)略意義?！本湍煤娇瞻l(fā)動機來說，飛機起飛和降落時發(fā)動機葉片的服役溫度至少在1300℃以上，同時材料還會受到應(yīng)力的影響，幾乎沒有材料能完全勝任這樣苛刻的工作條件。而高溫合金是近幾十年發(fā)展起來的一個重要材料。作為單晶的高溫合金還被稱為不被破壞的金屬材料。余倩坦言，在每一個國家高溫合金的研究都是高度保密的，“在美國讀書時，根本沒有可能接觸到這類材料，因為我是中國人。”余倩表示，這次研究的順利開展還得益于浙大新成立的材料科學與工程學院高溫合金研究所，研究所的目標領(lǐng)域就是國家重大需求的高性能結(jié)構(gòu)材料，自己也得以進入戰(zhàn)略材料研究領(lǐng)域。
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