在材料科學的研究中，鐵合金一直是備受矚目的焦點，廣泛應用于基建、制造業、電磁技術等諸多關鍵領域。然而，其較高的熱膨脹系數卻如同一塊“絆腳石”，極大地限制了在高精度領域的應用。在過去的20年里，負熱膨脹領域的迅速發展為降低常用金屬材料的熱膨脹帶來了希望。然而，低熱膨脹性能和高力學性能如同“魚與熊掌”，不可兼得。例如，大多數的負熱膨脹材料為脆性的陶瓷或金屬間化合物，而天然具有低熱膨脹的因瓦合金則存在強度低、成分敏感性高等短板。因此，如何平衡金屬材料的低熱膨脹和高力學性能的是亟需解決的。

近日，北京科技大學陳駿課題組提出了一種創新策略，即在鐵基體中原位生成納米級片層/迷宮狀負熱膨脹（NTE）相，從而削弱鐵基合金的熱膨脹。以Fe-Zr10-Nb6合金為例，其熱膨脹系數大幅降低至鐵基體的約一半，同時展現出1.5 GPa 的抗壓強度和 17.5% 的極限應變，綜合性能遠超其他低膨脹金屬基材料。相關研究論文以“A strategy to reduce thermal expansion and achieve higher mechanical properties in iron alloys”（“一種降低鐵合金熱膨脹同時獲得高力學性能的策略”）為題在《Nature Communications》（《自然通訊》）期刊在線發表。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-55551-w

圖1：合金的晶體結構和微結構

圖2：合金的低熱膨脹性能

圖3：合金的磁性和磁體積效應

圖 4：合金的機械性能