北京
冶金生产传统上涉及三个步骤：从矿石中提取金属，通过液态加工和热机械加工将其混合成合金以实现所需的微观结构。由于对可持续经济的迫切需求，这种从青铜时代开始实行的加工顺序方法在今天达到了极限：几乎10%的温室气体排放是由于化石还原和高温冶金加工产生的。
来自德国马普所Dierk Raabe教授团队提出了一种基于H2的氧化还原合成和压实方法，通过将金属提取、合金化和热机械加工合并到一个单一的固态操作中，改革了传统的合金制造。提出了一个热力学指导方针和一个通用的动力学概念，以消除萃取冶金和物理冶金之间的经典界限，从而释放出巨大的可持续大块合金设计机会。
以铁镍因瓦块体合金为例说明了这种方法，因瓦合金是最具吸引力但最污染的铁基材料之一：因瓦具有独特的低热膨胀性，可用于从精密仪器到低温部件的关键应用。然而，众所周知，它对生态不友好，每公斤镍的二氧化碳排放量是铁的10倍多，这使这种合金类别成为一个完美的示范案例。本研究的可持续方法将氧化物直接转化为块状的绿色合金，具有值得应用的性能，所有这些都是在远低于块状熔点的温度下获得的，同时保持零二氧化碳足迹。
相关成果以题为One step from oxides to sustainable bulk alloys发表在Nature。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07932-w
图1. 由氧化物一步合成具有特定微观结构的块状合金
图2. 因瓦合金的合成动力学、微观结构和热膨胀性能
图3. 合成机制的原位同步辐射X射线衍射(SXRD)
图4. 不同转化率下的微观结构分析和动力学机制
本文来自微信公众号“材料科学与工程”。
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