锰钢在典型线性缺陷处形成不同的晶体结构

研究人员马克斯-普朗克研究所für Eisenforschung, Düsseldorf发现锰钢在典型的线性缺陷处形成不同的晶体结构。

目前关于锰钢的发现可以认为既有好的性能，也有坏的性能。在典型的线性缺陷处，会形成不同的晶体结构。金属是由单个的晶体颗粒组成的，这些颗粒可以被认为是由单个原子层组成的堆栈。当某一特定层仍未完成时，边缘位错就会发生，而在这一层之上和之下的层必须采取步骤。

在一立方米的钢中，线状缺陷的长度可能相当于一光年。钢的结构取决于许多性能，包括刚性、延展性和延展性，这一发现可以帮助科学家努力优化合金。

由于金属变形过程中一维缺陷的关键作用，通过位错可以挽救生命。在事故中，汽车的车身面板会弯曲以吸收大部分的冲击能量，这一过程可以防止乘客受伤。金属在位错处弯曲，起到纳米铰链的作用。金属的变形方式也会受到晶体结构与线性缺陷周围结构的不同程度的影响。

在极端情况下，这种金属可能会损坏而不是变形。“我们还不知道材料中空间受限的化学和结构状态对其性能有什么影响，”Dierk Raabe说，马克斯-普朗克研究所(Max-Planck-Institut für Eisenforschung)主任，以及刚刚在微观结构中发现偏差论者的研究负责人。

迪尔克·拉贝(Dierk Raabe)说:“我们在这些州的偶遇更多是出于偶然。．他的研究小组一直在研究一种特殊的锰钢，这种钢具有相当的刚性和延展性。纳米颗粒被yabo214用来强化这种钢材，这种材料通常用于大型飞机的起落架应用。研究人员利用原子探针断层扫描技术研究了这种材料的微观和纳米结构。在这个过程中，短电压脉冲被用来蒸发一个原子一个原子的样品。被汽化的分离原子所属的特定元素可以根据原子到检测器的飞行时间来确定。原子撞击探测器的具体位置可以帮助确定它的位置。

“我们注意到，在我们加热材料后，锰的浓度沿着特定的线增加了，”Dirk Ponge解释说他是这项研究的重要贡献者。研究小组观察到，锰在2纳米宽的管中收集，并以富含锰的纳米珠链的形式收集。

为了在这些非常小的区域内容纳相对较多的锰原子，材料的晶体结构必须改变。在立方体单元电池中，锰原子和铁原子通常位于中心和角落。这被认为是马氏体或体心立方结构。在纳米珠链中，锰浓度对应于一种被称为奥氏体或面心立方结构的排列。

早些时候，人们认为这种偏差存在于二维形式的金属规则晶体结构中。然而，在这种情况下，材料科学家在单个马氏体晶粒的内部发现了细丝奥氏体结构。Dirk Ponge说:“当我们看到锰在细管中积累时，我们想到，沿着线性缺陷可能存在空间受限的化学和结构状态。”

为了证实这一点，庞格和他的同事使用透射电子显微镜扫描铁锰样品。这揭示了线性缺陷。然后，他们使用原子探针断层扫描来绘制样本中的原子分布。当他们叠加从这两种方法获得的图像时，他们发现了富锰纳米珠沿着线性缺陷精确排列的方式。

研究人员解释了为什么原子以一种不同于其余晶体的方式精确地沿着位错排列。Dirk Ponge说:“在位错处压力特别大。”“这种材料可以明显地减少应力，从而通过在那里形成一种在能量上更有利的晶体结构而获得一种更有利的状态。”

Düsseldorf-based的研究人员随后扩展了一个重要的公式，用于计算材料在存在结构缺陷的特定条件下的结构。

该团队利用热来动员原子，使它们只在位错区域具有更有利能量的结构。“然而，这并不意味着空间限制的化学和结构状态只在加热时形成，”Dierk Raabe说。

这种材料状态也可以在涡轮叶片、发动机的气缸和其他总是在高温条件下影响的材料之外的地方发现。亚博网站下载“像碳原子这样的小原子，比锰原子的流动性要大得多，”Dierk Raabe解释说。“因此，我们必须假设，我们也将在含碳车身钢板中发现空间受限状态。”

进一步，研究人员希望研究局部结构变化对材料性能的影响。“我们的发现可能有助于解释金属的已知行为——例如，金属在腐蚀和吸收氢时变得脆弱，”Dierk Raabe说。

该团队指出，线性缺陷处的晶体结构偏离直线的事实可能并不总是不好的。“也许我们可以有意地使这些空间有限的状态，以开发一种纳米大马士革钢，可以自己锻造，”马克斯·普朗克主任说。

大马士革钢之所以得名，是因为它经由大马士革传入欧洲。在东方，熟练的工匠将有韧性的硬钢(又软又脆)锻造成一种很难折断的硬复合材料。进一步的研究可能有助于找到一种简单的方法来结合这些相互不相容的众多材料特性，而位错可能有助于提供这样一个所需的结构。这一发现可能为钢铁工业提供新的途径，以优化所需材料。亚博网站下载