北科大《Nature》子刊：一种降低铁合金热膨胀同时获得高力学性能的策略！

在材料科学的研究中，铁合金一直是备受瞩目的焦点，广泛应用于基建、制造业、电磁技术等诸多关键领域。然而，其较高的热膨胀系数却如同一块“绊脚石”，极大地限制了在高精度领域的应用。在过去的20年里，负热膨胀领域的迅速发展为降低常用金属材料的热膨胀带来了希望。然而，低热膨胀性能和高力学性能如同“鱼与熊掌”，不可兼得。例如，大多数的负热膨胀材料为脆性的陶瓷或金属间化合物，而天然具有低热膨胀的因瓦合金则存在强度低、成分敏感性高等短板。因此，如何平衡金属材料的低热膨胀和高力学性能的是亟需解决的。

近日，北京滚球体育 大学陈骏课题组提出了一种创新策略，即在铁基体中原位生成纳米级片层/迷宫状负热膨胀（NTE）相，从而削弱铁基合金的热膨胀。以Fe-Zr10-Nb6合金为例，其热膨胀系数大幅降低至铁基体的约一半，同时展现出1.5 GPa 的抗压强度和 17.5% 的极限应变，综合性能远超其他低膨胀金属基材料。相关研究论文以“A strategy to reduce thermal expansion and achieve higher mechanical properties in iron alloys”（“一种降低铁合金热膨胀同时获得高力学性能的策略”）为题在《Nature Communications》（《自然通讯》）期刊在线发表。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-55551-w

图1：合金的晶体结构和微结构

图2：合金的低热膨胀性能

图3：合金的磁性和磁体积效应

图 4：合金的机械性能

该工作得到国家重点研发计划、北京市“卓青项目”、国家自然科学基金等项目的资助。