首页 >>年度报告 >>2011年度报告 >>第二部分 国家自然科学基金项目成果巡礼


—— 第二部分 国家自然科学基金项目成果巡礼 ——

  当多晶金属材料的晶粒尺寸减小到纳米级别时,其强度虽然可以很高,但塑性却会下降。长期以来材料的这种强度和塑性“倒置关系”成为金属材料领域令人关注的重要科学问题。

  在国家自然科学基金的持续资助下,中国科学院金属所沈阳材料科学国家(联合)实验室卢柯研究组近年来一直致力于相关问题的研究。他们的研究发现(Science,2009;Nature,2010)纳米尺度孪晶界面具备强化界面基本结构特征。随孪晶片层减小,样品的塑性和加工硬化能力单调增加,并表现出超高加工硬化能力。

  最近,卢柯研究组在这一领域的研究又取得新的进展(Science, 2011)。他们发现梯度纳米(GNG)金属铜既具有极高的屈服强度又具有很高的拉伸塑性变形能力。这为发展高性能工程结构材料提供了一种新的途径。

  梯度纳米结构是指晶粒尺寸在空间上呈梯度分布。卢柯研究组利用表面机械碾磨处理(SMGT)在纯铜棒材表面成功制备出梯度纳米结构,自表及里晶粒尺寸由十几纳米梯度增大至微米尺度,棒材芯部为粗晶结构(晶粒尺寸为几十微米),这种梯度纳米结构的厚度可达数百微米。梯度纳米结构层具有很高的拉伸屈服强度,最外表层50μm厚梯度纳米结构的屈服强度高达660MPa(是粗晶铜的10倍),室温拉伸实验表明,具有梯度纳米结构的表层在拉伸真应变高达100%时仍保持完整未出现裂纹,表明其拉伸塑性变形能力优于粗晶铜。这种优异的塑性变形能力源于梯度纳米结构独特的变形机制,微观结构研究表明,梯度纳米结构在拉伸过程中其主导变形机制为机械驱动的晶界迁移,从而导致伴随的晶粒长大。这种变形机制与位错运动、孪生、晶界滑移或蠕变等传统的材料变形机制截然不同。

 

版权所有:国家自然科学基金委员会 京ICP备05002826号
Copyright 2005 NSFC, All Right Reserved