牛津大學與加州大學伯克利分校的研究團隊于10月14日在《自然》期刊發(fā)表研究，揭示兩種鈮鈦基合金在零下253攝氏度（液氫溫度）下仍能保持高韌性、不發(fā)生明顯延脆轉(zhuǎn)變的機制。

體心立方結(jié)構(gòu)金屬通常存在延脆轉(zhuǎn)變溫度，低于該溫度時材料會失去變形能力并發(fā)生脆斷。傳統(tǒng)觀點認為，低溫下位錯運動受阻是脆化的主因。

研究發(fā)現(xiàn)，Nb70Ti30和Nb45Ta25Ti15Hf15兩種合金通過納米級孿晶與局部晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變（ω相）改變了變形路徑。當這些新結(jié)構(gòu)到達晶界時，會在金屬內(nèi)部誘發(fā)新缺陷而非裂紋，使材料得以繼續(xù)變形。研究指出，低孿晶應力與低位錯生成勢壘的組合是關(guān)鍵，這主要歸因于合金的電子結(jié)構(gòu)。

實驗在英國ISIS中子源Engin-X儀器上進行。樣品經(jīng)氣氦冷卻至約零下253攝氏度后接受拉伸測試與中子束照射。Nb45Ta25Ti15Hf15合金在20 K下屈服強度約938.9兆帕，極限抗拉強度約1149.5兆帕，裂紋起始韌性約96.5 MPa√m。Nb70Ti30合金在20 K下的韌性為170 MPa√m，較室溫（219 MPa√m）僅下降22%，且在零下196攝氏度下為188 MPa√m。

零下253攝氏度正是液氫的標準儲存溫度，美國國家航空航天局（NASA）的SLS火箭燃料即在此溫度附近儲運。研究團隊指出，該發(fā)現(xiàn)可為能源、交通、航天及高超音速技術(shù)中的極寒部件提供新材料策略，尤其適用于需同時耐受極端冷熱循環(huán)的組件。

目前驗證于實驗室尺度的三組拉伸試樣與兩組斷裂韌性試樣，尚未進行真實容器或發(fā)動機的工程測試。數(shù)據(jù)表明，Nb45Ta25Ti15Hf15在20 K下的斷裂延伸率較零下196攝氏度下降約50%，且裂紋仍出現(xiàn)部分沿晶脆性特征。此外，合金性能對雜質(zhì)敏感，研究推測氧含量超過原子百分比1%可能使延脆轉(zhuǎn)變溫度升至20 K以上，晶粒尺寸的影響仍需進一步實驗驗證。

資料來源：okdiario.com；原文發(fā)布日期：2026-10-16。本文為資料編譯。