兼具強度與可塑性，打造全新的鋼合金處理方法

合金鋼需要平衡強度與柔韌性，才能開發更多新可能，如今美國普渡大學和桑迪亞國家實驗室工程師已經開發出新的鋼處理方法，可以讓合金鋼更堅固、延展性也更高，未來能廣泛應用在能源與航太領域。

對於材料來說，強度是抵抗破壞的能力、能承受多大的總外力，而延展性則是材料能延伸或能拉多長城不同的形狀，通常強度跟延展性是相互矛盾的概念，如果希望提高金屬材料的延展性，可以讓材料晶粒更大、更容易變形，晶粒較小則可以承受更大的應力，提高強度。

如今普渡大學和桑迪亞國家實驗室找到平衡延展性跟強度的方法，該團隊的實驗對象為 T-91 合金鋼，並開發出新的 Gradient T-91（G-T91）新材料，顧名思義，這種材料具有貫穿整個晶粒尺寸的梯度。

新鋼材處理會在鋼的表面形成一層超細金屬晶粒薄層，大約是從表面往內 200 微米的深度，外側顆粒細小不到 100 奈米，中心顆粒則大 100 倍，讓 G-T91 的降伏強度（yield strength）達到 700 兆帕斯卡（MPa），比未經處理的 T-91 提高 36%，可塑性也比 T-91 高出 50%。

帶領團隊的 Zhongxia Shang 表示，這就是結構之美，由於中心是柔軟的，因此可以保持可塑性，但透過引入奈米層壓板，讓表面變得更加堅硬。中心是大顆粒材料反之表面小至奈米的顆粒，一同變形拉伸十，大顆粒就負責拉伸，小顆粒負責承受壓力，就能製造出兼具強度和延展性的材料。

團隊也透過掃描電子顯微鏡（SEM）來看材料在不同外力的變化，研究顯示，表面附近的超細晶粒是垂直向的，但隨著壓力增加，開始變得愈來愈圓，然後轉向水平伸展，但團隊也表示，目前也還不清楚為什麼這些顆粒會移動，未來會再進行調查，也希望能藉此研發不同的顆粒排列方式，打造不同特性的。

Shang 表示，這是一個複雜的過程，以前從未見過這種現象，根據定義，G-T91 顯示出超可塑性，但還不清楚實現這一點的確切機制。

（首圖來源：shutterstock）