普渡大学开发新型“钴铝合金”，强度达结构钢10倍且兼具高延展性
美国普渡大学（PurdueUniversity）研究团队近日公布一项金属材料的重大突破：成功打造出一种“钴铝纳米层状材料”，在维持高延展性的同时，强度最高可达结构钢的10倍，为高温、高应力环境下的材料设计开启全新方向。
这项研究聚焦于钴铝（CoAl）这类“金属间化合物”。这类材料虽然具备高强度、高熔点与优异的“抗潜变”（Creep）等优势，非常适合应用于喷射引擎、燃气涡轮、储能系统与汽车零件；但却常因晶体结构过于有序而显得脆硬，难以在室温下安全变形，大幅限制了实际的加工与应用。
研究团队指出，传统上为了提升钴铝合金的延展性，多半采用改变成分或与其他材料复合等做法，但效果相当有限。此次他们改以“纳米尺度”重新设计材料结构，在制程中直接引入“差排”（Dislocation，即原子的微观错位），并建立由非晶态介面构成的柔性边界框架。如此一来，材料在受力时能通过局部结晶与产生新的差排来吸收变形能量，不至于直接碎裂。
通过微柱压缩测试证实，这种新材料不仅降伏强度突破6GPa，其加工硬化承受力更可一路攀升至约8.5GPa，同时还能维持超过15%的压缩塑性应变。
根据测试结果，这种纳米层状材料的“降伏强度”（Yieldstrength）高达6GPa，约为高强度结构钢的6到10倍；同时，它在室温的压缩测试下，仍可承受高达15%的“塑性应变”（Plasticstrain），显示出罕见的高强度与高延展性兼具特质。研究团队形容，这是目前已报道的金属间化合物系统中，表现最出色的案例之一。
这项成果也呼应了近期金属材料的研究趋势：通过控制原子排列与微观结构，来同时提升强度与韧性。有别于传统的镕融铸造，普渡大学团队采用“磁控溅镀沉积”技术，让材料直接从合金蒸气形成固体薄膜，成功在钴铝合金中保留大量差排并形成非晶态介面。研究人员表示，这种非平衡制程是传统铸造法无法达成的。
团队接下来计划将这套结构概念推向更大尺度的钴铝纳米复合材料，并测试是否也能套用到其他种类的金属间化合物。若能顺利扩大应用，未来在航空、太空探索、能源与国防等领域，材料设计将有望打破传统限制，不再只能于“强度”与“可塑性”之间二选一。