在材料科學(xué)的研究中，鐵合金一直是備受矚目的焦點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于基建、制造業(yè)、電磁技術(shù)等諸多關(guān)鍵領(lǐng)域。然而，其較高的熱膨脹系數(shù)卻如同一塊“絆腳石”，極大地限制了在高精度領(lǐng)域的應(yīng)用。在過去的20年里，負(fù)熱膨脹領(lǐng)域的迅速發(fā)展為降低常用金屬材料的熱膨脹帶來了希望。然而，低熱膨脹性能和高力學(xué)性能如同“魚與熊掌”，不可兼得。例如，大多數(shù)的負(fù)熱膨脹材料為脆性的陶瓷或金屬間化合物，而天然具有低熱膨脹的因瓦合金則存在強(qiáng)度低、成分敏感性高等短板。因此，如何平衡金屬材料的低熱膨脹和高力學(xué)性能的是亟需解決的。

近日，北京科技大學(xué)陳駿課題組提出了一種創(chuàng)新策略，即在鐵基體中原位生成納米級(jí)片層/迷宮狀負(fù)熱膨脹（NTE）相，從而削弱鐵基合金的熱膨脹。以Fe-Zr10-Nb6合金為例，其熱膨脹系數(shù)大幅降低至鐵基體的約一半，同時(shí)展現(xiàn)出1.5 GPa 的抗壓強(qiáng)度和 17.5% 的極限應(yīng)變，綜合性能遠(yuǎn)超其他低膨脹金屬基材料。相關(guān)研究論文以“A strategy to reduce thermal expansion and achieve higher mechanical properties in iron alloys”（“一種降低鐵合金熱膨脹同時(shí)獲得高力學(xué)性能的策略”）為題在《Nature Communications》（《自然通訊》）期刊在線發(fā)表。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-55551-w

圖1：合金的晶體結(jié)構(gòu)和微結(jié)構(gòu)

圖2：合金的低熱膨脹性能

圖3：合金的磁性和磁體積效應(yīng)

圖 4：合金的機(jī)械性能