科学家发现锰钢的结构变化

作者:蒲骁�

钢结构变化:Max-Planck研究所的科学家使用透射电子显微镜(灰色)的图像在铁(Fe)和锰(Mn)合金中产生线性缺陷可见原子探针断层扫描显示它们的分布铁(蓝色)和锰原子(绿色)它们将绿色等值面放入锰原子浓度为125%的图像中。在叠加图像中,研究人员可以看到锰原子沿线性缺陷积累;形成的晶体结构与周围的材料不同马克斯普朗克研究所的科学家们发现金属的晶体结构可以在线性缺陷处发生变化,这会影响材料的性能钢已经存在了大约3000年,并且今天有几千种变化 - 但它总是令人惊喜杜塞尔多夫马克斯 - 普朗克研究所的科学家现在已经发现了一种锰钢的发现,这种钢被认为会影响材料的性能好坏他们发现了在线性缺陷处,合金形成与材料典型不同的晶体结构。构成任何金属的单个晶粒可以被认为是单个原子层的叠层线性缺陷,或者更准确地说是边缘位错,当层仍然不完整,因此它上面和下面的层必须采取一个步骤作为线性缺陷的长度一立方米的钢材可以增加一个光年,这一发现应该具有重大的实际意义,因为钢的结构取决于其他因素,具有可塑性,刚性和延展性 - 材料科学家希望连续的特性优化位错可以挽救生命这源于这样一个事实,即金属中的一维缺陷在材料变形时起着重要作用:例如,当车身面板在事故中坍塌时,从而吸收大部分冲击能量并且希望保护乘客免受伤害在这种情况下,位错起到纳米铰链的作用,金属弯曲时,晶体结构与线性缺陷周围的结构不同,因此也会影响金属在最坏的情况下变形它会撕裂而不是变形“我们还不知道材料中空间受限的化学和结构状态对其性质有什么影响”, Max-Planck-InstitutfürEisenforschung的主任,研究负责人Dierk Raabe说,微观结构中的偏差主义者刚刚曝光“我们偶然发现了各州,”Dierk Raabe He和他的团队说道。一直在研究一种特别刚性和韧性的锰钢的微观和纳米结构,这种锰钢借助于纳米颗粒加强并用于大型飞机的起落架,例如他们借助于原子探针断层扫描分析了这种材料。分析涉及样品被原子一点一​​点地蒸发,具有短电压脉冲。从飞行时间到检测器,可以确定蒸发的分离原子属于哪个元素;它可以从原子撞击探测器的位置确定其在样品中的位置研究人员在钢中发现富含锰的纳米珠链“我们注意到,在我们加热后,锰的浓度沿着特定的线增加了材料,“Dirk Ponge解释说,他为这项研究做出了重要贡献。锰收集的细管只有2纳米宽。这不是沿着整个长度发生的,而是更多的是富含锰的纳米链 - 珠子为了在这些微小区域容纳更多的锰原子,材料的晶体结构必须改变铁和锰原子通常位于立方晶胞的角和中心,最小的结构单元研究人员称之为体心立方或马氏体结构纳米珠链中的锰浓度对应于原子位于每个面上的排列。从技术角度来看,晶胞的角部是面心立方或奥氏体结构以前,材料科学家只知道这种与二维形式的金属的规则晶体结构的偏差,即 从形成材料的单个晶粒的边界但是为什么他们在单个马氏体晶粒内部发现了金银丝奥氏体结构? “当我们看到锰在细管中累积时,我们认为可能存在沿线性缺陷的空间限制的化学和结构状态,”Dirk Ponge说,缺陷处的不同晶体结构有助于节省能量为了确定,他和他的同事们首先在透射电子显微镜下扫描了一个铁锰样品,这使得线性缺陷清晰可见。然后,他们借助原子探针断层扫描再次绘制了样品中原子的分布,并对两种方法的叠加图像进行了映射。他们实际上确实发现了富含锰的纳米珠子如何沿线性缺陷精确地排列自己。这个观察结果的解释也表明了原子与残留晶体精确地沿着位错排列的事实:“压力特别大Dlk Ponge说:“这种材料可以明显减少压力,从而产生能量通过在那里形成一个在能量上不太有利的晶体结构,更加有利的状态,否则“在这一发现的基础上,杜塞尔多夫的研究人员扩展了一个关键的公式,材料科学家用它来计算材料在哪种条件下有利于哪种结构。结构缺陷大马士革钢能否自行锻造?研究人员首先用热量调动原子,使原子能够在那里直接在位错处呈现出能量上更有利的结构,并且只有“这并不意味着空间受限的化学和结构状态只在然而,“Dierk Raabe说:”因此,这些状态可能不仅存在于电动机的气缸,涡轮机的叶片或永久性受热的其他材料中“小原子,例如碳原子Dierk Raabe解释说,“我们必须假设我们将在含碳车身钢板中找到空间受限的状态”,研究人员现在想要研究局部结构变化的影响。关于材料的性质“我们的研究结果可能有助于解释已知的金属行为 - 例如,当金属变得脆弱时腐蚀和吸收氢气,“Dierk Raabe说道。然而,当线性缺陷的晶体结构脱节时,并不总是坏消息”也许我们可以有意识地为了开发纳米大马士革钢而自行开展这种空间限制状态“马克斯普朗克公司董事大马士革钢铁公司之所以得名,是因为它通过大马士革从欧洲来到欧洲专业工匠在东方铸造了一种坚硬,易碎,韧性但软的钢材,这种钢材很硬,但不会破碎容易在未来,如果可以使用位错来帮助提供结构,可以找到一种简单的方法来组合这些实际上不兼容的属性。这将为钢铁行业开辟全新的可能性,以便为更特殊的应用优化材料目标方式出版物:M Kuzmina等,“线性肤色:位错的受限化学和结构状态”,Science 4 September 2015:Vol 349 no 6252 pp 10 80-1083; DOI:101126 / scienceaab2633资料来源:....