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研究發現納米金屬機械穩定性的反常晶粒尺寸效應

2019年05月20日 16:07:17字號:T|T

    納米金屬的晶界在機械變形作用下容易發生晶界遷移并伴隨晶粒長大,使得納米材料發生軟化,這種機械驅動晶界遷移的現象不僅破壞材料的性能,也給利用塑性變形法制備納米晶帶來巨大困難。一般認為,力作用下的晶界遷移速率與晶界能、晶界的曲率、晶界上的有效臺階等相關。晶粒尺寸越小,晶界曲率越大,遷移速率越快。

    在“變革性技術關鍵科學問題”重點專項“低能晶界及相界調控實現材料素化的原理及演示驗證”項目支持下,中國科學院金屬研究所李秀艷研究員和合作者發現對于塑性變形制備的納米晶純Cu、純Ag、純Ni樣品,準靜態拉伸變形時,隨著晶粒尺寸從亞微米減小至納米量級,晶界遷移先逐漸增強,而當晶粒尺寸減小至臨界值時,晶界遷移逐漸受到抑制。這一結果顛覆了傳統的認識,其原因在于臨界尺寸以下納米晶在塑性變形過程中晶界容易發生應變誘導晶界馳豫,從而抑制了晶界遷移行為,使納米晶機械穩定性增強。

    上述研究成果表明,與晶粒尺寸相關的晶界馳豫效應能明顯對機械驅動晶界遷移起到抑制作用,為提高納米晶機械穩定性提供了新的方法,也為發展納米晶制備工藝提供了重要參考。

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