什么時候金屬合金根據傳統智慧，在制造過程中進行加工時，組合元素的原子會隨機混合在一起——但新的研究挑戰了這種想法，揭示了持續存在的隱藏原子模式。

這項研究是麻省理工學院 （MIT） 研究人員的工作，它有望開辟在制造過程中控制金屬性能的新方法

最近實驗室研究有識別出細微的模式在金屬合金中可以調整以增強材料的性能，包括機械強度、耐用性和輻射耐受性.這項新研究在模擬中揭示了這些模式以及一些新模式是如何出現的，即使在經過嚴格處理后仍會持續存在。

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“這是第一篇顯示這些保留在金屬中的非平衡狀態的論文，”說麻省理工學院材料科學家羅德里戈·弗雷塔斯。

“目前，這種化學秩序不是我們在制造金屬時控制或關注的東西。”

如果您還不熟悉金屬合金的物理學，那么理解新發現有點棘手，但化學短程秩序（SRO公司）研究人員在這項研究中看到的安排是原子落入在金屬合金中。

該團隊運行了詳細的計算機模擬，以跟蹤數百萬個原子在鉻、鈷和鎳合金(鉻鎳)在制造中常見的劇烈變形過程中，特別是快速冷卻和大量拉伸。

首先，研究人員看到了熟悉的原子模式，但預計在這種模式之后不會仍然完好無損快速變形.其次，他們發現了全新的模式，他們稱之為“遠離平衡狀態”。

模型顯示，對于這些狀態的生存至關重要的是形成的缺陷（或位錯）晶體結構金屬被加熱、冷卻或拉伸時。它們幾乎就像原子級的涂鴉，它們幫助金屬承受施加在其上的壓力。

在此之前，人們認為變形和隨后的缺陷運動幾乎消除了 SRO，但研究人員運行的模型表明，原子實際上以一定的可預測性洗牌。

“這些缺陷具有指導它們移動方式的化學偏好。他們尋找低能量途徑，因此如果在斷裂化學鍵之間做出選擇，他們往往會斷裂最弱的鍵，而且這并不是完全隨機的。說弗雷塔斯。

“這非常令人興奮，因為它是一種非平衡狀態：它不是你在材料中自然存在的東西。”

換句話說，這些新發現的模式只是因為制造工藝.然后，它們反過來又會影響金屬的各種特性——這是未來的研究可以開始更詳細地研究的東西。

雖然這里涉及的物理學相當高層次，但這意味著我們可以以以前從未考慮過的方式微調金屬合金的性能，適用于從核反應堆到的所有內容到航天器——因為它們的原子拒絕被完全洗牌。

“結論是：你永遠無法完全隨機化金屬中的原子。你如何處理它并不重要。說弗雷塔斯。

“事實上，你無法將某些東西完全混合在一起，人們沒有預見到這種情況的到來。”

該研究已發表在自然通訊.

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