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如果你的汽车使用金属轮胎,桑迪亚国家实验室(SNL)设计的铂金合金将是你的首选。胎面磨损之前,大概可以绕地球赤道跑500圈。

《先进材料》杂志最近的一篇文章称,SNL的材料研究团队开发出了一种金属材料(铂金合金),这种材料可能是最耐磨的,其耐用性是高强度钢的几百倍。铂金合金是第一种耐磨性达到天然耐磨材料(金刚石和蓝宝石)水平的合金。材料科学家、论文作者之一尼克阿吉巴伊(Nic Argibay)说:“对合金进行一些根本性的改变,可以大大提高金属材料的性能。”

虽然人们的印象是金属极其坚固,但在与其他金属(如发动机)反复摩擦的过程中,金属会逐渐磨损、变形、腐蚀。因此,有必要为金属提供保护屏障,如添加机油。在电子产品中,金属与金属的接触也应采用类似的保护措施(特殊涂层)。然而,这种涂层价格昂贵,最终会磨损。基于Argibay等设计的合金材料制成的涂层。可能会带来变化。给上面提到的轮胎加上铂金合金涂层,“行驶”一英里后只有一层原子会消失。这种超耐用涂层每年可以为电子行业节省1亿多美元,使电子产品更加耐用可靠。SN工程师克里斯诺德奎斯特(Chris Nordquist)表示,“这种耐磨材料有助于我们突破电子产品的可靠性极限。”

虽然铂和金的结合并不新鲜,但Argibay等人的工程概念却是全新的。他们挑战了传统理论,即金属材料的磨损与金属和热的反应有关,而不是硬度。因此,他们精心设计了金属成分、比例和制造工艺来证明这一新理论。论文第一作者、SNL博士后研究员约翰库里(John Curry)说:“传统合金主要通过减小晶粒尺寸来增加材料的强度。但在极端的应力和温度条件下(尤其是金属处于疲劳状态时),金属会发生粗化和软化。但是新开发的铂金合金材料可以保持其稳定性。”该团队采用了一种依赖计算工具的现代合金设计方法。Argibay等。通过模拟单个原子对材料宏观性质的影响,最终找到了铂金合金材料的组合。

此外,Curry等人意外地发现,铂-金合金磨损时产生的类金刚石碳可能会进一步提高铂-金合金材料的惊人性能(在杂志《碳》的另一篇文章中报道),并且有助于大规模和低成本地制造高级润滑剂。

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