长期以来,冶金学家渴望的是:坐在电脑前,键入一个新合金的元素配比,先在屏幕上看它的效果,最后到实验室去配制。这种电脑模拟可能取代目前枯燥的试错配方法。目前的配方法可追溯至中世纪以前,那时炼金术士试图用这种方法将贱金属变成黄金。
最近来自日本的消息称,这种电脑模拟不久将成为现实。丰田公司研究中心和长久手(Nagakute)开发实验室的研究人员在4月18日出版的Science杂志上报告说,利用先进的计算模型和工具,可以直接开发出新等级的钛合金。
丰田公司所谓的树脂金属合金有很好的强度、韧性和热稳定性。齐藤卓及其同事指出,在200摄氏度~300摄氏度范围内,这种合金表现出相当程度的弹性和可塑性。这种合金可以反复拉伸几个百分度,并能复原。相比之下,最著名的形状记忆合金——镍钛,虽然也有超弹性,但在多次形变之后很快就会硬化易碎。
尽管最初是为汽车弹簧、垫圈之类的装置开发的,但这种已获专利的合金价格非常昂贵,只能用于专用高级装置,如微型螺丝钉、不走形眼镜框(生产中)、医疗移植片和导管、太空船耐热弹簧,甚至高尔夫长杆。
树脂金属合金由钛、钽、铌、锆和少量的氧化物等构成,有时还含有钒。合金在高温高压下烧结铸模而成。齐藤卓指出,合金经急冷,被挤出室温下的冲模,由此获得重要的物理特性。
在设计合金的过程中,丰田公司研究人员优化了3种分子属性。其中之一是每个金属原子与周围原子形成原子键的数量,另外两个与原子间的键能和外层电子与附近原子之间的引力大小有关。研究人品结合计算、数字模拟和电脑试验,最终找到了元素配比。
美国一些钛专家对这项成果感兴趣,但不太信服发明人对合金特性的解释以及他们提出的解释理论。美国代顿大学的材料工程师Damel Eylon说:“齐藤研究小组在这个领域确实享有盛誉,但我们都知道,历来提出的有关塑性合金形变的类似新理论都错了。在确认他们的工作是否真有重大意义之前,冶金学家需要了解更多的数据。如果这次是真的,那么我们大家都要学习某种新物理学了。”
[范淑霞/译 周松/校]
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