- ▲ 浦项工科大学研究组开发的钢铁新材料(左)。与同样大小的钛(右)相比更轻,强度相似。照片=浦项工科大学提供
浦项工科大学钢铁研究生院金汉秀(音)教授研究组4日宣布:“将铝、镍与铁相结合,开发出了强度(坚硬度)和延展性(不断裂的性质)出众、而重量轻的低密度钢。”研究结果已刊登在世界级学术杂志《自然》最新一期上。主要刊登基础科学文章的《自然》刊登应用领域材料相关研究成果是非常罕见的事情。
铁的质地坚硬,不容易折断。但因为铁原子体积小,所以密度大,沉重是其缺点。同样大小的铁比钛、铝重2至3倍。如果强度、延展性、重量全部考虑,金属中钛最出色,但价格贵。因此,目前在需要减少汽车框架等重量的地方使用铁铝合金。
到目前为止的铁铝合金是两种物质没有结合只是混合在一起的混合物。就和氮、氧等空气中的各种元素不引起任何反应混合在一起的情况一样。然而氧和氢通过化学反应会结合成完全不同的物质——水。金汉秀教授组开发的低密度钢不是混合物合金,而是改变了钢材的性质本身的化合物。
金汉秀解释说:“我们发现,如果将铁、铝和镍放在一起,在870至920摄氏度之间的特别条件下,会均匀地生成铁、铝化合物。”
如此生成的铁、铝化合物合金和钛的强度相似。钢材中的铁原子一层一层叠起来。在各个铁原子层之间新生成的铁、铝化合物像针一样竖着密密麻麻地扎进空隙之中,因而使强度提高。铁、铝化合物起到了在外部冲击之下也不会使其折断的固定支架作用。与现有的铁铝合金相比,可以增加铝的含量,因此重量也更轻。如果使用这种钢材,可以制造比现在轻15%以上的汽车。POSCO将在今年试生产这种合金。