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我学者获得超细特征的纳米结构金属

  本报讯(通讯员刘言毕伟记者罗冰)近日,美国《科学》杂志报道了我国学者在金属材料研究领域获得的新发现。评审人认为,作者在利用纳米孪晶强化材料本质方面获得了具有重大意义的发现,不但丰富和拓宽了人们对纳米尺度材料塑性变形的本质认识,同时也为进一步发展高性能纳米结构材料及其应用提供了重要线索。


  由中科院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室卢磊研究员领导的研究小组与卢柯研究员、丹麦Risf国家实验室的黄晓旭博士合作,利用共格孪晶界独特的稳定界面结构获得了具有超细特征尺寸的纳米结构金属,并发现减小孪晶片层厚度将增加材料的强度。这一发现表明当纯金属的特征尺寸降低至纳米量级时,由于塑性变形机制的变化会导致极值强度的出现,同时表现出一般金属材料所不具备的超高加工硬化效应。

  卢磊及其合作者采用脉冲沉积技术通过细致的工艺探索在纯铜样品中成功地将孪晶片层平均厚度减小到约4nm,并发现减小孪晶片层厚度材料的强度增加。当孪晶片层厚度为15nm时,材料强度达到最大值。进一步减小孪晶片层,强度反而减小、出现软化现象。随孪晶片层减小,样品的塑性和加工硬化能力单调增加。当孪晶片层小于10nm时,其加工硬化系数超过了粗晶纯铜的加工硬化系数。

  塑性变形过程中共格孪晶界可有效阻碍位错,具有和普通晶界相似的强化作用。同时,共格孪晶界又可作为位错的滑移面吸纳大量位错,与普通晶界相比孪晶界结构更加稳定,其过剩能仅为普通晶界的1/10。因此,纳米孪晶结构从能量上要比相同化学成分的纳米晶体结构稳定很多,这种稳定的超细纳米孪晶结构的获得不仅是传统材料制备技术的突破,同时也为深入研究金属材料力学行为的纳米尺寸效应提供了可能。
(责任编辑:罗园)

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