牛津与伯克利团队在《自然》发文揭示铌钛合金耐极寒脆化机制-一边什么一边什么四字词语填空|熟女一区二区三区国产

牛津大学与加州大学伯克利分校的研究团队于10月14日在《自然》期刊发表研究，揭示两种铌钛基合金在零下253摄氏度（液氢温度）下仍能保持高韧性、不发生明显延脆转变的机制。

体心立方结构金属通常存在延脆转变温度，低于该温度时材料会失去变形能力并发生脆断。传统观点认为，低温下位错运动受阻是脆化的主因。

研究发现，Nb70Ti30和Nb45Ta25Ti15Hf15两种合金通过纳米级孪晶与局部晶体结构转变（ω相）改变了变形路径。当这些新结构到达晶界时，会在金属内部诱发新缺陷而非裂纹，使材料得以继续变形。研究指出，低孪晶应力与低位错生成势垒的组合是关键，这主要归因于合金的电子结构。

实验在英国ISIS中子源Engin-X仪器上进行。样品经气氦冷却至约零下253摄氏度后接受拉伸测试与中子束照射。Nb45Ta25Ti15Hf15合金在20 K下屈服强度约938.9兆帕，极限抗拉强度约1149.5兆帕，裂纹起始韧性约96.5 MPa√m。Nb70Ti30合金在20 K下的韧性为170 MPa√m，较室温（219 MPa√m）仅下降22%，且在零下196摄氏度下为188 MPa√m。

零下253摄氏度正是液氢的标准储存温度，美国国家航空航天局（NASA）的SLS火箭燃料即在此温度附近储运。研究团队指出，该发现可为能源、交通、航天及高超音速技术中的极寒部件提供新材料策略，尤其适用于需同时耐受极端冷热循环的组件。

目前验证于实验室尺度的三组拉伸试样与两组断裂韧性试样，尚未进行真实容器或发动机的工程测试。数据表明，Nb45Ta25Ti15Hf15在20 K下的断裂延伸率较零下196摄氏度下降约50%，且裂纹仍出现部分沿晶脆性特征。此外，合金性能对杂质敏感，研究推测氧含量超过原子百分比1%可能使延脆转变温度升至20 K以上，晶粒尺寸的影响仍需进一步实验验证。

资料来源：okdiario.com；原文发布日期：2026-10-16。本文为资料编译。