科学家发现锰钢的结构变化

钢结构变化：Max-Planck-Institute的科学家们使用来自透射电子显微镜（灰色）的图像，以在铁（Fe）和锰（Mn）的合金中进行线性缺陷。原子探测断层扫描显示它们的铁（蓝色）和锰原子（绿色）的分布。它们将绿色的异构表面放入图像中，其中锰原子的浓度为12.5％。在叠加图像中，研究人员可以看到锰原子沿着线性缺陷积聚;形成的晶体结构与周围材料不同。

Max Planck学院的科学家揭示了金属的晶体结构可以在线性缺陷改变，这应该影响材料的性质。

钢铁已经存在大约3000年，今天在几千多个变化中 - 但它总是有益的惊喜。Max-Planck-InstituteFür·艾森福斯郡杜塞尔多夫的科学家们现在在锰钢中发现了一个发现，被认为会影响物质的性质，以实现良好和坏。他们已经发现，合金在线性缺陷处形成不同的晶体结构，而不是典型的材料。组成任何金属的近晶粒可以被认为是一堆磷原子层。当层保持不完全时，线性缺陷或更准确的边缘位错在其上方和下方的层必须采取步骤。随着立方米钢中线性缺陷的长度可以加入一个轻的年，发现应该具有很大的实际意义，因为钢的结构依赖于其他因素，它是多么可观的，刚性和韧性 - 材料科学家想要不断优化的属性。

脱臼可以挽救生命。这源于金属中的一维缺陷在材料变形时发挥着重要作用：例如，当车身面板在事故中卷曲时，从而吸收大部分冲击能量并希望保护乘客保护乘客来自伤害。在这种情况下，脱位充当金属弯曲的纳米铰链。因此，晶体结构与紧接在线性缺陷的结构不同的事实也应该影响金属变形的方式。在最坏的情况下，它撕裂而不是变形。“我们尚不知道物质在其物业中的空间狭窄的化学和结构状态的影响是什么，”Max-Planck-Institutfür·艾森福·埃森福·埃森福·埃森福·埃森福和研究负责人的偏离家微观结构刚刚来到光线。

“我们偶然偶然地偶然发现了各州，”Dierk Raabe说。他和他的团队一直在研究借助纳米颗粒加强的特别刚性和韧性锰钢的微型和纳米结构，并用于例如大型飞机的着陆齿轮。他们借助原子探测断层扫描分析了这种材料。分析涉及通过具有电压短脉冲的原子蒸发原子的样品。从飞行时间到探测器，可以确定汽化分离原子所属的元素;它在样品中的位置可以从原子撞击检测器上的位置确定。

研究人员发现钢中富含锰的纳米珠链链

“我们注意到，在我们加热材料之后，锰的浓度沿着特定线条增加，”德克·庞格解释道，对研究进行了重要贡献。锰收集的细管仅是两纳米宽。而这种情况不会沿着整个长度，但更多的是富含锰的纳米珠链的形式。

为了适应这些微小区域的较大数量的锰原子，材料的晶体结构必须改变。铁和锰原子通常位于立方体单元电池的角落和中心，最小的结构单元。研究人员称为一个以身体为中心的立方体或马氏体结构。纳米珠链中的锰浓度对应于其中原子位于单元电池的各个面和角的布置，技术术语，面为中心的立方体或奥氏体结构。

以前，材料科学家只知道与二维形式的金属的常规晶体结构的这种偏差，即形成形成材料的近透明晶粒的边界。但为什么他们在史磷酸盐晶粒的内部找到丝体奥氏体结构？“当我们看到在薄管中积聚的锰时，我们的想法可能在空间狭窄的化学和结构状态沿线缺陷，”德克·米格说。

缺陷处的不同晶体结构有助于节省能量

为了确保，他和他的同事首先在透射电子显微镜中扫描铁锰样品，这使线性缺陷清晰可见。然后，它们再次借助原子探测断层扫描映射原子在样品中的分布。并且在两种方法中的叠加图像上，他们实际上确实发现了富含锰的纳米珠子如何精确地沿着线性缺陷安排自己。

还通过对观察的说明提出了沿着脱位的剩余晶体不同地从剩余晶体对其不同的事实：“压力在脱位处特别高，”德克·米格说。“材料显然可以通过在那里形成一个晶体结构来显然降低应力，从而在那里形成晶体结构，这将在那里能够充满活力。”在此发现的基础上，基于杜塞尔多夫的研究人员扩展了材料科学家用来计算哪种结构的关键配方，这些结构是在这种结构缺陷处的条件下的材料融合。

大马士革钢锻造自己吗？

研究人员首先使用热量动员原子，使原子可以呈现在那里能够在那里具有能量更有利的结构，并且仅在脱位处。“这并不意味着只有在应用热量时，空间狭窄的化学和结构状态才是，”Dierk Raabe说。因此，这些状态可能不仅可以在电动机的气缸中找到，涡轮机的叶片或永久性热量的其他材料的叶片。“小原子，例如碳，比锰更具手机，”Dierk Raabe解释道。“因此，我们必须假设我们也会在含有汽车车身钢板的碳中找到空间限制状态。”

研究人员现在想调查局部结构变化对材料性质的影响。“我们的调查结果可能有助于解释已知的金属行为 - 例如，当它们腐蚀和吸收氢气时，金属变得脆，”Dierk Raabe说。

然而，当线性缺陷的晶体结构走出线时，它并不总是坏消息。“也许我们可以故意带来这些空间限制国家，以开发一个濒临努力的纳米大马士革钢，”Max Planck Director说。大马士革钢铁收到了它的名字，因为它通过大马士革来到欧洲。专家工匠在东方锻造硬，但脆，和韧性，柔软的钢进入复合材料，难以容易脱落。将来，如果可以使用脱位来帮助提供结构，可以找到一种简单的方法来组合这些实际不兼容的属性。这将为钢铁行业开辟完全新的可能性，以以更具针对性的方式优化一种特殊应用的材料。

出版物：M. Kuzmina，等人，“线性肤色：位于脱位的狭窄的化学和结构状态，“2015年9月4日科学：卷。 349号。 6252 pp。1080-1083; DOI：10.1126 / science.aab2633.