靠"猛砸"造超级金属几千年冶炼方式被颠覆

自从青铜时代开始，人类制备合金的方式就没有变过，把几种金属扔进炉子里烧化之后搅在一起，然后等它冷却，三千多年了依然还是这套。但在最近，一家叫 Foundation Alloy 的美国初创公司换了个玩法，他们既不加热也不熔化，改为直接用暴力把金属粉末砸到一起。

他们在球磨机里面把不同金属的粉末反复撞击，直到原子层面融合成为一种新材料。目前，这家公司已经拿到了 2,200 万美元的 A 轮融资，投资人来自 Voyager Ventures、雅马哈发动机和美国前沿基金等。与此同时，他们的金属已被用于汽车模具、无人机零件、半导体设备、高级厨师刀和奢侈手表上。

据了解，传统合金最大的问题是金属有着不同的熔点。比如，钨的熔点是 3,400 度，铜只有 1,085 度，假如想熔在一起，就会出现铜烧干了钨还没化的情况。而 Foundation Alloy 的固态工艺很好地避开了这个死穴，它不依赖熔化也不要求熔点接近。所有的金属在粉末状态下被机械力揉到一起，让这套工艺的能耗比传统熔炼低了一个数量级，生产周期从几个月压缩到了几天。

这家公司的技术根底来自于美国 MIT 和加州大学尔湾分校过去二十年的研究。材料科学家们发现，金属在纳米尺度下的行为和宏观尺度完全不同。具体来说，晶粒越小、材料越强韧，然而同时保持这些微小晶粒不长大却非常困难。采用传统方法熔炼出来的晶粒尺寸在几十微米量级，FoundAlloy 的工艺则能把晶粒做到 100 纳米左右，一下子小了两个数量级。

其实纳米晶粒带来的性能跃升非常直接，同样一种金属强度甚至翻倍，延展性则能提升好几倍。而传统钼合金要经过多达十道后处理工序之后才能获得室温延展性，而该公司的 MC700 产品直接出炉就能弯折，抗拉强度超过了 1,200 兆帕，延伸率达到了 35%。

就 FoundAlloy 的工艺路线来说概括起来就四步：

第一步是设计配方，使用内部数据库和工具寻找最优的元素组合；

第二步是机械合金化，将粉末装入高能球磨机，然后用钢球反复撞击，让不同的原子在固体状态下互相扩散，期间要精确控制氧含量和其他杂质，关于此该公司已有一套专利流程；

第三步是把合金化后的粉末压成接近最终形状的坯体，以便减少材料浪费和后道加工量；

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第四步是低温烧结，使用比传统熔点低得多的温度让粉末致密化。

整套流程全部都在美国完成，全部都是电气化操作，无需依赖天然气加热炉。

MC1200 是该公司的旗舰产品，也是目前公开数据里最强的一款钼合金。它在 1,000 度高温下可以连续加热 96 小时，但是硬度保持率依然在 97% 以上。普通工具钢到了这个温度早就疲软了，而 MC1200 几乎没感觉。

据了解，这种热稳定性意味着压铸模具的寿命能延长好几倍，无需频繁停机更换，要知道少停一次机就是省下一大笔钱。此前，汽车制造里很多零部件使用高温压铸成型，模具长期处在高温高压状态，这就导致热疲劳和侵蚀是报废的主要原因。而换上该公司的 MC1200 产品之后，模具寿命能被显著提升。

在美国的军工领域，给 F-35 战斗机供应零件的标准是每年造 100 个，每一个都必须完美无瑕。然而到了无人机这里，一年不仅就要十万个，要求还必须一样高。传统做法是根本扛不住这个量的，并且还要承受剧烈的温度变化和冲击。FoundAlloy 的材料则能同时满足强度和耐热两个要求，不会出现在二选一的时候被迫妥协的情况。

在航空航天领域也一样，火箭发动机和卫星结构件必须在极端温差下保持尺寸稳定，发生热胀冷缩的时候不能带来形变。这时，各向同性的特点就显得很关键，而传统锻造钼合金存在方向性，导致受力的时候顺着晶粒方向一个强度，而横着切又是另一个强度，以至于工程师需要花大量精力去预测和补偿这种各向异性。而 FoundAlloy 的材料各方向性能是一致的，设计更简单，安全余量也更高。

在消费品领域也有他们的客户，高级厨师刀用了该公司的钢材之后，刀刃保持性得到了大幅提升，切硬食材时不容易卷刃。而奢侈手表品牌看中的则是材料的抗腐蚀性和长期尺寸稳定性，因为用在机芯里的零件一辈子都不能出现变形。