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    閱讀新聞
    [ 來自:不詳  閱讀:   時間:2012.12.11 ]
    美國成功研發抗腐蝕硬度高新型鋼材

      美國橡樹嶺國家實驗室的專家研制成一種稱為“金屬玻璃”的新型鋼材。在正常條件下,這種鋼材的硬度是常規鋼材的兩倍,而且具有抗腐蝕、有磁性以及強度高等特性。
      從鐵器時代開始,人類就煉出了鋼。但一直到1855年才由英國工程師亨利.貝塞麥發明了批量生產鋼的方法:酸性底吹轉爐煉鋼法。這種革命性的煉鋼法取得了驚人成功,于是世界上出現了埃菲爾鐵塔和橫跨河流的大鐵橋,出現了一個新的工業部門。
      美國專家研究出來的鋼材具有的品質與普通鋼材不同,其特殊之處在于結構。傳統鋼材中的鐵原子和碳原子的排列是有序的,這些原子組成了許多小系統,這些小系統又組成了大系統。這種組合有點象彩色墻紙的組合,彩色墻紙的組合可以反映人們的裝飾意圖。但問題是,這樣組合的墻紙在往墻上粘貼時,卻往往會顯出不規則和偏差。結晶材料也是如此。
      連接兩個晶粒的能量低于凝聚一個晶粒的能量。于是兩個晶粒之間的間隙就形成了一個脆弱區,斷裂和腐蝕就是從這里發生的。這是材料的真正弱點所在:一旦受到過大的外力,首先承受不了的就是結合部。人們周圍的固體(從食鹽到巖石)就是這樣。
      新型鋼材則不會如此。在顯微鏡下,這種鋼材的結構沒有規律性,各組成部分之間的聯系似乎很混亂。在常規鋼里加入鉻、鈷、鉬、鎂和硼,就可以得到一種新的、非晶質的鋼。美國冶金化學研究中心的帕特里克.奧金指出:這是一種只有玻璃才具有的特點。所以人們稱這種鋼材和其他非晶質金屬為“金屬玻璃”。
      在傳統玻璃中,獲得這種特性靠的是二氧化硅混合物的突然冷卻。由于突然冷卻,液體來不及結晶,于是原子便成無序排列狀態了。要生產出“金屬玻璃”,冷卻的速度需要更快:每秒鐘需降溫數百萬度。專家們采取的第一個辦法是將熔化的碳鐵合金倒在冷卻的銅輪上。隨著銅輪的轉動,銅輪上形成了薄薄一層碳鐵合金。由于很薄,所以這層碳鐵合金能被迅速冷卻,于是便得到了一種其結構為非晶質的材料。
      但這樣生產的“金屬玻璃”在應用方面有其局限性(目前主要用于生產電子元件)。用這么薄的金屬玻璃怎么能建造鋼柱或裝甲?于是美國和日本的一些科研小組開始研究生產“大塊”非晶質材料的方法。需要解決的一個關鍵問題是:怎樣使“大塊”合金每秒鐘均勻冷卻數百萬度?如果不能均勻冷卻,其中心部位就會冷卻較慢,從而形成結晶。
      一位名叫阿蘭.亞瓦里的冶金專家說:“冶金工作者們長期以來一直在摸索,他們探索出在已經很復雜的混合物中需加入的新物質及其比例,以便降低液化溫度和推遲結晶時間。最后,美國專家們發現金屬釔可以解決這個問題:加入l.5%的釔可以使混合物的熔化溫度下降,這大大有助于生產非晶質材料所需要的迅速降溫。

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      這種新的鋼材所具有的優點使軍事界和體育界人士驚喜不已。對軍事部門來說,可以利用它生產防彈背心或裝甲,而這種防彈背心或裝甲不但不會被槍彈擊穿,還可以把槍彈反彈回去;對體育部門來說,可以利用它制作網球拍或高爾夫球桿。此外,由于這種鋼材的原子之間幾乎沒有間隙,氧氣無法滲入其中,因而不會被腐蝕。這在珠寶業也有重要用處。


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