俄亥俄州立大学研究：工程化晶体缺陷在不改变化学成分的情况下增强两种合金

俄亥俄州立大学领导的研究团队报告称，有意引入的晶体缺陷在排列成致密有序网络后，使两种金属合金在化学成分不变的情况下变得更强。该经同行评审的研究本周发表于《Science》期刊，大学新闻稿如此宣布。合著者来自德国埃尔朗根-纽伦堡大学和加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室。

该方法分为两步。研究人员首先对两种钴基材料——一种含镍的高温合金和一种铬钨合金——的晶体进行变形处理，然后缓慢加热时效。新闻稿称，这在结构内部产生了致密的原子级薄特征。据TechXplore引用的论文标题，这些特征被描述为有序二维缺陷相。研究团队利用透射电子显微镜结合计算机模拟，将强度提升与缺陷周围的原子排列方式联系起来，新闻稿称改变这种排列可能影响材料的强度。

据新闻稿称，该工艺显著提高了金属所能承受的应力及其在高温下抵抗缓慢变形（即蠕变）的能力。第一作者Andreas Bezold是俄亥俄州立大学材料科学与工程系兼职助理教授，他表示研究结果表明一层工程化缺陷可以补充传统材料设计。他说：「我们希望将这些增强结构作为材料设计中有意为之的一部分。」这项工作建立在俄亥俄州立大学早期研究的基础上，该研究表明变形过程中形成的缺陷可以成为增强层；新闻稿将新方法描述为首次引入能完全富集这些合金的缺陷密度。

合著者Michael Mills是俄亥俄州立大学材料科学与工程系教授，他表示虽然缺陷通常与损伤相关联，但「具有正确结构和化学性质的正确缺陷实际上可以使材料更强」。新闻稿指出，该方法最终可能用于生产暴露于高温环境的设备所需的高强度合金，并以飞机涡轮发动机和发电厂机械为例，但将此定位为未来的可能性。目前，新闻稿表示，该团队的贡献在于拓宽了工程领域的设计原则。

上述结果来自对两种特定合金进行的单项同行评审研究。新闻稿未报告工业试验、部件测试或定量强度数据，也未给出实际应用的时间表。资金来源包括美国能源部和国家科学基金会，亚历山大·冯·洪堡基金会和俄亥俄州立大学电子显微镜与分析中心提供了额外支持。