香港大學開發出“超級鋼”比航空鋼材堅韌成本卻更低

香港大學團隊開發出一種新型鋼材,保持強度之餘還提升了抵抗斷裂的韌性及延展性,由於成本低廉,研究人員認為,這種新型材料將有廣大的應有前景。

香港大學開發出“超級鋼”比航空鋼材堅韌成本卻更低

金屬材料應用上主要會針對強度、韌性、延展性 3 個屬性進行評估,其中強度是材料在變形或失效前可承受的負載量,韌性則是衡量多大的能量才能使材料斷裂,延展則是評估將材料擴展、拉長為不同形狀的難易度。

雖然強度、韌性兩者聽起來很像,但在作用上其實完全不同,舉例來說,玻璃便是一種高強度但韌性低的材料,可以支撐相當大的重量,但也不需要太多能量就可以破壞它。
儘管這 3 種屬性對材料來說都相當重要,但可惜的是,想嘗試改善其中一種往往會減少另一個特性,使得在應用上往往得做出權衡,但現在,香港大學和美國柏克萊國家實驗室(LBNL)研究人員成功突破這一點,製造出在 3 種性能上均具有好表現的鋼鐵材料。

這種運用新穎“變形配分”(D&P)方法製成新型鋼材被團隊稱為“超級鋼”(super steel),在獨特的設計下具有良好的斷裂韌性,當材料表面出現裂縫時,其下方會形成多個細小裂紋,持續吸收來自外力的能量防止主裂紋擴展得太快。

從《科學》(Science)期刊論文的數據來看,超級鋼的屈服強度約為 2GPa、斷裂韌性 102MPam1/2、均勻延伸率為 19%,在 3 種性能上均有著出色表現,甚至比現有航空工程中使用的 Grade 300 麻時效鋼(maraging steel)更堅固也更堅韌。不僅如此,超級鋼在成本上也遠比麻時效鋼低廉,成本僅後者製造費用的 20% 左右。

研究主要作者、香港大學機工系教授黃明欣認為,他們已經朝向將超級鋼產業化邁出一大步,“包括高級防彈背心、橋樑電纜、輕型汽車、軍用車輛、航空航太產業及建築產業中的高強度螺栓和螺帽在內,超級鋼顯示出廣泛的應用潛力。”◆

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