用鎂合金製造輕型車輛

EPFL研究人員開發了鎂合金模型，用來研究如何增加金屬的柔韌度。鎂是地球上最輕的金屬，但很難形成可用的形狀。研究人員希望通過這些模型能夠發現新的、更有延展性的合金，這樣汽車製造商就可以製造出更輕、消耗更少能源的汽車。

一輛車的重量只需減少100千克，它的能源效率就能提高3.5%左右。汽車、航空航天等行業內的製造商的目標是製造更輕的機器和設備。實現這一目標的關鍵可能是鎂，因為它是一種不僅比鋼輕四倍，而且容易找到的金屬。問題是純鎂很難拉伸和成形，所以不能直接使用。因此，EPFL多尺度力學模型實驗室的研究人員開發了一個模型來預測鎂與不同元素混合後的性能，以確定哪種合金擁有工業應用所需的變形能力。今天，他們的研究發表在《科學》雜誌上。

更輕、更具延展性的合金

EPFL工程學院教授William Curtin表示，「如果加入少許的稀土金屬、鈣或錳原子，鎂就會變得更有延展性。我們想要從原子層面了解這些合金中發生了什麼，這樣我們就能知道可以通過加入哪些元素以及加入多少使金屬變得柔韌。」雖然鎂的質量超輕值得稱讚，但它的延展性也很差。這意味著，它很容易在變形時斷裂，所以它還不能替代鋼鐵或鋁。」解決辦法是找到低成本的、容易獲得的礦物質用來製造鎂合金。使用稀土金屬如釔和鈰是很高效的，但是稀土金屬成本很高且不容易獲得。

這兩個圖顯示了有兩個釔原子存在時的「交叉滑移」過程的初始和最終原子構型。藍色原子是幾乎處於完美的鎂晶體環境中的鎂原子，黃色的原子是遠離完美的鎂晶體環境的鎂原子，紅色原子是兩個釔溶質原子，以此說明合金中與「位錯」缺陷有關的結構和原子

這些研究人員以前發現了使純鎂難以成形的物理特性。眾所周知，加入某些元素可以使其更具延展性。但是研究人員還沒有很好地掌握其中的物理機制，這意味著他們很難預測出最好的合金。Curtin表示：「鋼和鋁是最常用的金屬，工程師們經常設計和測試由它們組成的新合金，以開發更輕、更堅固或具延展性的合金。」 但是影響合金延展性的因素仍然是個謎，許多材料仍在實驗開發中。

在原子尺度上研究金屬

EPFL的研究人員研究了鎂原子與添加的原子之間的相互作用。他們發現某些原子可以引起一種變化，「抵消」了鎂難以成形的機制。鎂的低延展性是由其可移動位錯，即線性缺陷的數量少造成的。線性缺陷可以使金屬在變形時進行塑性流動以降低金屬失效概率。研究人員發現，加入某些元素會大大增加可移動位錯的數量，從而提高金屬的變形能力。然後，他們花了幾個月的時間使用EPFL的高性能計算系統進行量子力學計算，得到具有最好延展性的原子組合。Curtin 說：「我們真的很幸運能夠使用這些設備，這讓我們可以立即開始工作。」

目前，這些合金仍處於建模階段。下一步是在實驗室里製造，看看它們是否有適合工業使用的性能、是否可以大規模生產。

原文來自：PHYSORG，原文題目：Making lighter vehicles with magnesium alloys，由材料科技在線匯總整理。

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