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    我国学者在纳米金属稳定性研究领域取得新进展

    日期 2018-05-17   来源:工程与材料科学部   作者:郑雁军 邓意达  【 】   【打印】   【关闭

    退火引起的梯度纳米结构纯铜的组织变化。(A)制备态(左)以及不同温度退火30分钟后的样品横截面的SEM照片,虚线处为样品表面。(B)和(C)分别为距表面2mm处的样品退火前和433K退火30分钟后的TEM照片及电子衍射图。(D)和(E)为梯度样品433K退火和473K退火30分钟后的最表面组织EBSD图。(F)制备态、413K和453K退火30分钟后样品的平均晶粒尺寸及硬度随深度分布。

      在国家自然科学基金项目(项目编号:51231006)等资助下,中国科学院金属研究所/沈阳材料科学国家研究中心卢柯研究员和李秀艳研究员团队发现在一定的临界晶粒尺寸以下,纳米晶金属的热稳定性随晶粒尺寸降低反而升高。研究结果以“Enhanced thermal stability of nanograined metals below a critical grain size”(临界晶粒尺寸下纳米晶金属的超高热稳定性)为题,于2018年5月4日在Science(《科学》)上在线发表,论文链接:http://science.sciencemag.org/content /360/6388/526.full。

      以往研究表明,金属晶粒细化至纳米尺寸可以大幅度提高其强度和硬度,但是由于引入了大量的晶界,纳米金属材料的热稳定性变差,如纯铜中的纳米晶粒甚至在室温条件下即发生长大。这种纳米金属材料固有的不稳定特性一方面给材料制备加工带来困难,另一方面也限制了实际应用。

      他们的工作表明,对于纯铜,当晶粒尺寸小于70nm以后,随着晶粒尺寸的进一步减小,纳米晶的热稳定性反而上升,尺寸为30nm的晶粒,其长大温度甚至高达600K以上(如图所示)。研究发现,这一现象与纳米晶金属在该尺寸下全位错不能弓出,晶界通过释放不全位错,使晶界能向低能状态转变有关。 这种超高稳定性纳米晶的发现,对于理解纳米晶的变形机制以及晶界在纳米尺寸下的行为具有重大科学意义。 




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