材料發(fā)現(xiàn)的新方法發(fā)現(xiàn)了一類新的超硬合金

研究人員發(fā)現(xiàn)了一類新的極硬合金，采用新方法尋找結(jié)合了數(shù)據(jù)分析和電子顯微鏡的新材料。研究人員說，這些材料是由利哈伊大學的一個工程師團隊發(fā)現(xiàn)的，它們足夠強大，可以承受彈丸的嚴重撞擊，使其成為車輛或士兵的軍用裝甲。“這些合金有時具有相對于傳統(tǒng)合金的意外和優(yōu)越的機械性能以及增強的抗氧化性和磁性能，”該大學材料科學與工程和物理學教授，首席研究員Jeffrey M. Rickman告訴設計新聞。

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他說，里克曼和他的團隊采用了一種相當新的材料發(fā)現(xiàn)方法，稱為材料信息學，或者將數(shù)據(jù)科學方法應用于材料問題。他們將此與實驗工具(包括電子顯微鏡)結(jié)合起來，深入了解導致在新一類材料(稱為高熵合金(HEAs))中觀察到的行為的物理機制。

具體而言，研究人員將兩種互補工具結(jié)合起來篩選高等教育機構(gòu)并確定有前景的高等教育機構(gòu)：規(guī)范相關(guān)分析和具有典型相關(guān)分析啟發(fā)的適應度函數(shù)的遺傳算法。

他們使用存在機械性能信息的數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了這一過程，并突出了高硬度的新合金。他們通過比較預測硬度與在實驗室中使用電弧熔煉制造的合金，識別具有非常高的測量硬度的合金來驗證該方法。

“這里使用的方法確定了與數(shù)據(jù)庫中合金的機械性能最相關(guān)的因素，”Rickman說。“一旦定量地建立了這些相關(guān)性，就可以使用遺傳算法根據(jù)這些相關(guān)性來測試候選合金。

HEA是目前廣受歡迎的材料，也是材料科學家進行大量研究的主題，因為它們含有許多不同的元素 - 當它們結(jié)合在一起時 - 可能會產(chǎn)生具有Rickman所描述的優(yōu)質(zhì)材料。

“我們認為我們開發(fā)的技術(shù)將有助于識別有前景的HEA，”Rickman說。“但是，我們發(fā)現(xiàn)合金的硬度值超過了我們最初的預期。它們的硬度值比其他更典型的高熵合金和其他相對硬的二元合金高出約2倍。”

該團隊在Nature Communications雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于他們工作的論文。

Rickman說，Lehigh團隊的工作的具體價值在于證明團隊使用的發(fā)現(xiàn)過程對于從過多的可能性中識別有前景的材料非常有用。

“這些工具可以在各種環(huán)境中使用，以縮小大型實驗參數(shù)空間，從而加速尋找新材料，”他說。

Rickman告訴DesignNews，該團隊計劃繼續(xù)使用這些技術(shù)來識別具有其他所需特性的有前景的合金，這些特性超出了當前研究中所檢查的特性，如抗氧化性。

“這是可能的，因為這些方法非常普遍，”他說。“我們還致力于在這些復雜的合金中理解更好的質(zhì)量傳遞，即擴散。”