科学家发现可在−253°C下抗损伤的合金——ScienceDaily

在英国，一个国际科学家团队发现了两种以铌和钛为基础的实验性合金，在20开尔文，即−253°C的温度下，它们没有表现出明显向脆性断裂的转变。样品实验在牛津郡进行。有关10月14日发表于《自然》杂志的研究结果，ScienceDaily进行了报道。

一种替代性的变形方式

在低温下，金属通常会变得更坚固，但同时也可能变脆：它们倾向于开裂，而不是在载荷下发生变形。这一点尤其是具有体心立方晶格的金属的特征，其中包括铁、钨和铬。

通常，金属通过位错的运动发生变形——位错是使原子层能够发生位移的晶体结构缺陷。在低温环境下，这种运动更加困难，因此裂纹附近的应力更常导致材料破坏。

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在所研究的合金中，科学家记录到了另一种过程——纳米尺度孪晶。晶体结构的小区域重构为镜像对称构型；这伴随着局部结构变化。在相邻晶粒之间的边界上出现了局部应力集中，从而形成新的位错。因此，材料能够变形并吸收载荷，而不是让裂纹扩展。

利用中子进行测试

样品用气态氦冷却至约−253°C，并在ISIS中子与缪子源的Engin-X装置上进行拉伸。测试期间，研究人员将一束中子穿过金属，以追踪材料在载荷下的内部变化。专用装置能够测量样品所承受的力，并确定其在断裂前可以拉伸到何种程度。

随后，研究人员利用电子显微镜和原子探针分析研究了样品，后者显示了合金中元素的分布。这些数据结合计算机建模，使得研究人员能够描述阻止脆性断裂的机制。研究人员认为，这些结果可能为开发用于能源、运输和航空航天设备的结构金属提供新方法，这些设备在极低温条件下运行。