盖世汽车讯 据外媒报道，澳大利亚莫纳什大学（Monash University）科学家通过采用更低温、更缓慢的合金加热方式，控制材料制造过程中原子的自组织行为，从而彻底革新了金属制造方式。这项发表在期刊《Science》上的研究，实质上改写了延续一个多世纪的合金设计理念。

研究表明，低温慢速升温工艺可制得一款新型合金，其强度为钢材的2倍、铝材的3倍，同时是传统工艺制备的同款合金强度的2倍。

与传统在极高温度下将金属完全熔化的方法不同，研究人员采用了一种可控加热工艺，使原子能够自发排列成高度有序且彼此连通的结构。他们将这种结构称为原子架构（atomic architecture）——即不同结构能够同步形成，并以连续方式相互连接，同时避免传统合金中常见的微观缺陷。

图片来源：《Science》

研究团队在一种由钛（Ti）、铪（Hf）、钽（Ta）、铌（Nb）和锆（Zr）组成的合金对该方法进行了测试，结果形成了一种由三种不同组分构成、紧密互联的内部纳米结构。该材料在保持延展性的同时，实现了超过2吉帕斯卡（gigapascal）的压缩屈服强度，这意味着它在高强度下仍具备弯曲而不断裂的能力。

合金设计范式的转变

论文通讯作者、莫纳什大学材料科学与工程系Jian-Feng Nie教授表示，这项发现代表着合金设计的新范式。

Jian-Feng Nie表示：“一个多世纪以来，合金开发主要聚焦于成分设计和加工工艺。而我们的研究表明，制造过程中原子的组织方式可能同样重要。其真正意义不仅在于这一特定合金本身，更在于证明了：原子可以在块体金属材料中自组织形成无缺陷结构。这里的块体材料，指的是大尺寸、连续性的金属体，而不是薄层涂层、薄膜或微观样品。如果这一概念能够更广泛地推广，它将有望打开通向全新材料性能的大门（而这些性能过去曾被认为难以实现）。这将对众多材料体系及工业领域的合金设计产生深远影响。”

来自中国重庆大学的副教授张宇（其博士毕业于莫纳什大学）表示，这项成果展示了一种设计高性能金属的根本性新路径。张宇称：“通过精确控制加工过程中原子的组织方式，我们构建出了一种高度互联的结构，使材料同时具备卓越的强度和稳定性。”

更少元素，更广阔潜力

Jian-Feng Nie教授指出，这项研究也为合金化学成分设计提供了新的思路。他说道：“过去，人们通常通过增加合金元素含量来提升性能。而现在，我们可能可以通过设计内部结构，以更少的合金元素实现更优异的性能。这有望推动合金制造朝着更高效、更可持续、更具成本效益的方向发展。”

目前，研究团队正进一步研究驱动这些结构形成的原子尺度相互作用机制，并探索材料在加工过程中如何演化。

Jian-Feng Nie表示：“在更微观的尺度上，这些相互作用决定了材料如何形成、演化以及最终表现出的性能。”

这项工作建立在莫纳什大学联合重庆大学和美国俄亥俄州立大学（The Ohio State University）长期合作开展的研究计划基础之上。