金屬與粉末冶金

德國科學(xué)家研制鎂合金植入物

德國科學(xué)家正在研制一種由鎂制成的小型植入物和螺釘，具有足夠的機(jī)械穩(wěn)定性，并在人體內(nèi)的降解程度可控，不會(huì)導(dǎo)致人體組織損傷。

這種鎂植入物尤其適用于骨骼迅速增長的兒童，生物降解的螺釘不會(huì)影響孩子的骨骼生長，可以免去二次手術(shù)，降低感染風(fēng)險(xiǎn)并節(jié)省成本。

研究人員艾利·布魯尼克說：“鎂合金植入物不僅具有生物相容性，而且在最初的脆弱愈合階段具有與骨骼相似的機(jī)械性能，因此比鈦更合適?！?/p>

在某些情況下，鎂合金在降解過程中可能會(huì)產(chǎn)生氫，甚至在患者皮膚下形成氣泡。如果形成的氫多于人體可以立即清除的量，那么脆弱骨骼的愈合過程就會(huì)受到干擾。

研究人員模擬分析了人體在現(xiàn)實(shí)條件下的生物腐蝕，以獲取鎂和其他生物相容性元素的最佳合金比例，以及可吸收的鎂螺釘新的表面功能，使植入物在人體內(nèi)進(jìn)行緩慢、受控的降解，不會(huì)形成氣泡。布魯尼克解釋說，根據(jù)組織的酸度，反應(yīng)會(huì)有所不同。在弱酸性環(huán)境中，鎂腐蝕過程中會(huì)形成大量氫氣；而在堿性環(huán)境，會(huì)形成含碳酸鹽產(chǎn)物阻止降解。（科技日報(bào)）

科學(xué)家從納米尺度觀察到人體植入鎂合金降解速率

來自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院金屬物理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的約爾格·洛夫勒教授開發(fā)了一種新的合金家族，除了鎂以外，還含有低于1%的鋅和鈣元素。這些元素與鎂一樣，具有生物相容性，可以被人體吸收。

根據(jù)制造工藝的不同，在新開發(fā)的合金中會(huì)形成由3種合金元素形成的沉淀。這些沉淀物的大小通常只有幾十納米。但對于增強(qiáng)植入物材料良好機(jī)械性能必不可少，并且可能會(huì)影響材料的腐蝕速度。

洛夫勒教授及其同事借助分析透射電子顯微鏡（TEM），能夠在幾秒到幾小時(shí)的模擬生理?xiàng)l件下，以前所未有的納米分辨率詳細(xì)觀察鎂合金的結(jié)構(gòu)和化學(xué)變化。使用這項(xiàng)現(xiàn)代技術(shù)證明了以前無法獲得的脫合金機(jī)制，該機(jī)制可確定鎂基質(zhì)中沉淀物的降解。

研究人員能夠近乎實(shí)時(shí)地觀察到鈣和鎂離子在與模擬體液接觸時(shí)如何從排泄物中逸出，而鋅離子仍然保留并積累。結(jié)果排泄物的化學(xué)組成連續(xù)變化，這也證明了它們的電化學(xué)活性在沉淀物中動(dòng)態(tài)變化的事實(shí)，即加速了植入物材料的降解。

該研究主要作者，洛夫勒教授的博士生瑪?shù)倌取は；敉薹Q，“這種認(rèn)識(shí)扭轉(zhuǎn)了先前的教條。迄今為止都假設(shè)鎂合金中析出相的化學(xué)成分在腐蝕過程中保持不變，這種假設(shè)導(dǎo)致大多數(shù)關(guān)于人體植入物持續(xù)時(shí)間的預(yù)測是錯(cuò)誤的?！保ㄖ袊猩饘賵?bào)）

我國科學(xué)家首次證實(shí)量子相變中量子金屬態(tài)存在

電子科技大學(xué)牽頭與北京大學(xué)、北京師范大學(xué)、清華大學(xué)、美國布朗大學(xué)等相關(guān)專家組成的研究團(tuán)隊(duì)，在國際上首次完全證實(shí)高溫超導(dǎo)納米多孔薄膜中量子金屬態(tài)的存在，為研究量子金屬態(tài)提供了新思路。

研究團(tuán)隊(duì)通過調(diào)節(jié)反應(yīng)離子刻蝕的時(shí)間，在高溫超導(dǎo)釔鋇銅氧（YBCO）多孔薄膜中實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)—量子金屬—絕緣體相變；通過極低溫輸運(yùn)測試發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)、金屬與絕緣這3個(gè)量子態(tài)都有與庫珀電子對相關(guān)的h/2e周期的超導(dǎo)量子磁導(dǎo)振蕩，證明量子金屬態(tài)是玻色金屬態(tài)，揭示出庫珀對玻色子對于量子金屬態(tài)的形成起到了主導(dǎo)作用。

量子材料以及量子相變是本世紀(jì)凝聚態(tài)物理與材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。自高溫超導(dǎo)發(fā)現(xiàn)以來，二維量子金屬態(tài)的存在及其形成機(jī)制，是30余年來國際學(xué)術(shù)界一直懸而未決的重要物理問題。

根據(jù)安德森標(biāo)度理論，由于量子干涉效應(yīng)以及相位相干長度在零溫下發(fā)散的特性，載流子在趨于絕對零度時(shí)會(huì)表現(xiàn)出局域化效應(yīng)，因此理論上不存在二維量子金屬態(tài)。盡管實(shí)驗(yàn)上在各種二維超導(dǎo)體系發(fā)現(xiàn)了量子金屬態(tài)的可能跡象，但受低臨界溫度的制約以及外界高頻噪聲的影響，二維量子金屬態(tài)是否存在仍存在著巨大爭議。本次量子相變中量子金屬態(tài)的證實(shí)，將會(huì)改變國際學(xué)界對量子材料的認(rèn)識(shí)，推動(dòng)量子器件領(lǐng)域的發(fā)展。（科技日報(bào)）

中科院金屬所等在梯度材料研究中取得進(jìn)展

中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心材料動(dòng)力學(xué)研究部構(gòu)筑材料組研究員李毅和副研究員潘杰與美國加州大學(xué)伯克利分校教授Robert O.Ritchie展開合作，評估晶粒尺寸跨度從約30nm～4μm的梯度結(jié)構(gòu)（GS）Ni的變形和斷裂行為。研究發(fā)現(xiàn)，第一，與脆性的純納米晶和韌性的粗晶鎳（Ni）相比，梯度結(jié)構(gòu)Ni具有高斷裂韌性，顯示出強(qiáng)度和韌性的最佳組合。梯度材料在拉伸至斷裂的過程中消耗的塑性功明顯高于純粗晶和純納米晶材料，其來源于在裂紋傳播過程中內(nèi)部漸變的微觀結(jié)構(gòu)之間的相互作用。第二，梯度材料的斷裂韌性和變形行為與梯度方向有關(guān)。粗晶到納米晶梯度方向上的起始斷裂韌性（KJIc）比納米晶到粗晶梯度方向的起始斷裂韌性要高。當(dāng)裂紋沿粗晶向納米晶梯度方向擴(kuò)展時(shí)，其R曲線（抗裂紋擴(kuò)展阻力曲線）與純粗晶Ni類似，顯示出強(qiáng)度和韌性的最佳組合。裂紋擴(kuò)展初期在粗晶區(qū)域會(huì)發(fā)生鈍化，表現(xiàn)為韌性斷裂。

然而，在裂紋擴(kuò)展后期，在納米晶區(qū)域誘發(fā)脆性裂紋，并迅速擴(kuò)展失效，發(fā)生不穩(wěn)定的脆性斷裂。由于裂紋擴(kuò)展過程是韌性斷裂向脆性斷裂的轉(zhuǎn)變過程，因此在安全應(yīng)用上需要慎重考量。另一方面，當(dāng)裂紋沿納米晶到粗晶梯度方向擴(kuò)展時(shí)，其也表現(xiàn)出優(yōu)于純納米晶Ni的起始斷裂韌性（KJIc）和R曲線，并且裂紋尖端的韌性不斷增加。此外，當(dāng)裂紋的擴(kuò)展到達(dá)粗晶區(qū)域時(shí)，裂紋尖端發(fā)生鈍化。這種裂紋尖端韌性不斷增加而發(fā)生鈍化的過程表明，納米晶到粗晶的梯度方向，是脆性斷裂向韌性斷裂的轉(zhuǎn)變過程，具有優(yōu)異安全應(yīng)用前景。該研究成果為梯度材料的實(shí)際應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。（中國科學(xué)院）

中科院合肥研究院在納米晶鎢基合金研制方面取得進(jìn)展

近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所研究員方前鋒課題組在納米結(jié)構(gòu)鎢基合金研制方面取得新進(jìn)展，通過壓力輔助低溫致密化燒結(jié)法成功制備出高強(qiáng)度雙納米結(jié)構(gòu)鎢材料。

鎢基合金被認(rèn)為是最有潛力的能夠應(yīng)用于聚變反應(yīng)堆極端環(huán)境的面向等離子體第一壁材料，但商業(yè)純鎢的脆性極大地限制了其應(yīng)用。氧化物彌散強(qiáng)化（ODS）是改善鎢基合金韌性的有效途徑之一，但目前的ODS—鎢（W）中氧化物顆粒尺寸較大，達(dá)不到理想的強(qiáng)韌化效果。針對這一問題，研究人員借鑒ODS—鐵（Fe）中采用固溶—沉淀機(jī)制將氧化物顆粒尺寸控制在3nm以下的經(jīng)驗(yàn)，通過壓力輔助低溫致密化燒結(jié)的辦法成功制備了雙納米結(jié)構(gòu)鎢材料：W晶粒尺寸約67nm和Y2Ti2O7氧化物顆粒尺寸約10nm。這種納米結(jié)構(gòu)的W合金的顯微維氏硬度高達(dá)1441Hv，是文獻(xiàn)報(bào)道的普通W合金的2～3倍。極高的顯微硬度，來源于納米級W晶粒和均勻分散的納米氧化物顆粒的協(xié)同強(qiáng)化作用。這種固溶—析出過程為通過可控方式分散納米級氧化物制備納米晶難熔金屬提供了一條通用途徑。（中國科學(xué)院）

我國科學(xué)家成功合成流體金屬氫

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所極端環(huán)境量子物質(zhì)中心團(tuán)隊(duì)在極端高溫高壓條件下成功獲得了氫和氘的金屬態(tài)。這是固體所量子中心研究團(tuán)隊(duì)繼成功合成流體金屬氮之后在輕質(zhì)元素高壓研究上取得的又一突破。

2015年和2018年，美國2實(shí)驗(yàn)室觀察到過這種氫和氘的流體金屬態(tài)，但他們的結(jié)果表明這種狀態(tài)的溫度與壓力曲線差異很大，無法準(zhǔn)確確定流體金屬氫的存在區(qū)域。

固體所量子中心研究人員基于金剛石對頂砧裝置并結(jié)合脈沖激光加熱技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)造出了可模擬地核的極端溫度壓力條件，將氣態(tài)的氫和氘成功轉(zhuǎn)變成流體金屬態(tài)；并利用超快寬帶超連續(xù)光譜探測到了樣品的光學(xué)吸收、反射特征，揭示了流體金屬氫和氘的光、電等物理特性。研究結(jié)果明確了流體金屬氫和氘的存在區(qū)域，并進(jìn)一步說明這種金屬態(tài)需要經(jīng)歷相當(dāng)寬的高溫高壓半金屬區(qū)域才能夠獲得。（中國科學(xué)院）

中科大在催化劑金屬—載體強(qiáng)相互作用研究中取得進(jìn)展

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授梁海偉課題組與武曉君課題組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和理論相結(jié)合的合作研究，基于硫摻雜碳負(fù)載鉑（Pt）催化劑體系，發(fā)現(xiàn)了金屬與碳載體之間的電荷轉(zhuǎn)移方向隨著Pt尺寸的變化而反轉(zhuǎn)的新現(xiàn)象。

研究人員首先利用他們前期發(fā)展的過渡金屬催化碳化有機(jī)小分子的方法，合成了硫摻雜介孔碳（S—C）載體材料，并采用傳統(tǒng)的浸漬法使用該S—C載體材料制備出2種不同的Pt催化劑材料：Pt單原子（PtSA/S—C）與Pt納米團(tuán)簇（PtNC/S—C）催化劑。球差校正透射電鏡（HAADF—STEM）和同步輻射X—射線吸收譜（EXAFS和XANES）表征結(jié)果證實(shí)了Pt單原子和Pt納米團(tuán)簇結(jié)構(gòu)特征，即二者都直接與碳載體上的硫原子鍵合。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，具有富電子特性的Pt納米團(tuán)簇的催化活性明顯優(yōu)于缺電子的Pt單原子和商業(yè)的Pt/C催化劑。理論計(jì)算表明，對于Pt團(tuán)簇體系，S—C載體上的電子向Pt團(tuán)簇轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致Pt上的電子云密度上升，H*吸附的吉布斯自由能下降，HER活性提升。該項(xiàng)工作闡述了一種對金屬和載體之間電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的新理解，為高效催化劑的設(shè)計(jì)提供了一種基于電荷轉(zhuǎn)移調(diào)控的新思路。（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)）

中科院金屬所研發(fā)出新型仿生復(fù)合義齒材料

中國科學(xué)院金屬研究所材料疲勞與斷裂實(shí)驗(yàn)室研究員劉增乾、張哲峰與美國加州大學(xué)伯克利分校教授羅伯特·里奇及吉林大學(xué)開展合作，設(shè)計(jì)研發(fā)出新型氧化鋯—樹脂仿生復(fù)合義齒材料。

這種新型義齒材料結(jié)合生物力學(xué)原理，模仿天然貝殼珍珠層的微觀組織結(jié)構(gòu)，使氧化鋯以片層形式平行排列或以“磚墻”形式緊密堆疊，以生物相容性樹脂填充空隙，其硬度、強(qiáng)度和模量均與人體正常牙齒完全匹配。

新型義齒材料具有一定的塑性變形能力和獨(dú)特的動(dòng)態(tài)耗能特性，即義齒在受力時(shí)能夠通過粘彈性變形消耗外力施加的能量，從而起到保護(hù)牙床和對磨牙齒的作用。此外，新型義齒材料的斷裂韌性更高，其仿生結(jié)構(gòu)通過促進(jìn)裂紋偏轉(zhuǎn)、阻止裂紋張開等機(jī)制對裂紋擴(kuò)展起到有效的阻礙作用。

目前，研究團(tuán)隊(duì)正在就新型義齒材料在模擬實(shí)際應(yīng)用條件下的著色以及生物相容性等方面開展進(jìn)一步研究，并與醫(yī)院合作開展臨床應(yīng)用探索。（新華網(wǎng)）

重慶昱華鎂合金項(xiàng)目年底投產(chǎn)

重慶昱華新材料科技有限公司投資建設(shè)的可溶鎂合金橋塞及高品質(zhì)鎂材生產(chǎn)線項(xiàng)目，目前主體工程已完工投產(chǎn)。項(xiàng)目規(guī)劃年產(chǎn)可溶鎂合金橋塞20萬支，鎂合金中大型產(chǎn)品和專用產(chǎn)品6 000t的生產(chǎn)能力。二期計(jì)劃建設(shè)稀土鎂中間合金、鎂合金半連續(xù)鑄棒、壓鑄合金錠、軍用鎂合金鑄件和橋塞加工生產(chǎn)線。（中國有色金屬報(bào)）

高強(qiáng)度超輕量化汽車鋁合金車輪項(xiàng)目

甘肅蘭州新區(qū)高強(qiáng)度超輕量化汽車鋁合金車輪項(xiàng)目進(jìn)入設(shè)備安裝調(diào)階段。該項(xiàng)目主要建設(shè)項(xiàng)目有蘭州飛行控制有限責(zé)任公司建設(shè)的年產(chǎn)3萬t高強(qiáng)度鋁合金材料生產(chǎn)線、翰航勁鋁（蘭州）科技有限公司建設(shè)的年產(chǎn)30萬個(gè)鋁合金車輪生產(chǎn)線。（蘭州日報(bào)）

85m全鋁超級游艇再創(chuàng)全球之最

近日，忠旺旗下子公司澳大利亞鋁合金游艇公司SilverYachts建造的第5艘游艇——BOLD正式交付。作為國際鋁合金超級游艇的領(lǐng)軍企業(yè)，SilverYachts剛剛交付的全鋁合金超級游艇BOLD船體長度刷新全球紀(jì)錄，該船全長85.3m，航行里程可達(dá)4450海里。

BOLD之前，SilverYachts已經(jīng)推出了SILVER、SILVERZWEI、SMER ALDA、SILVERFAST四款鋁合金超級游艇，前2款均為73m長，后2款均為77m長，均創(chuàng)下了當(dāng)時(shí)全鋁合金超級游艇船長的世界紀(jì)錄。（中國有色金屬報(bào)）

攀枝花東區(qū)引進(jìn)高品質(zhì)航空航天鈦合金項(xiàng)目

四川省攀枝花東區(qū)人民政府與寶雞市金澤鈦業(yè)有限公司在攀枝花創(chuàng)新開發(fā)產(chǎn)業(yè)園區(qū)簽訂招商引資協(xié)議，擬在該園區(qū)投資1.67億元，建設(shè)年產(chǎn)2 000t高品質(zhì)航空航天鈦合金鑄錠及1萬t特種材料中間合金生產(chǎn)線項(xiàng)目。（中國有色金屬報(bào)）