「晶界韌化」奈米復合晶界韌化高強金屬方向取得重要進展

來源 | 上海交通大學

最近,國際奈米科學與技術領域權威期刊《Nano Letters》以「Regain strain-hardening in high-strength metals by nanofiller incorporation at grain boundaries」為題,在線報導了奈米復合晶界韌化高強金屬研究領域取得的重要進展(DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b02375)。

「晶界韌化」納米復合晶界韌化高強金屬方向取得重要進展

基於奈米復合晶界能量調控制備高強韌金屬銅:顯微組織與力學性能

「晶界韌化」納米復合晶界韌化高強金屬方向取得重要進展

多重應力弛豫實驗研究形變過程中位錯動力學行為

「晶界韌化」納米復合晶界韌化高強金屬方向取得重要進展

界面能的實驗測定以及分子動力學模擬揭示碳奈米相的晶界能量調控行為

強度是衡量材料技術發展的主要指標之一,高強金屬的應用對做到結構輕量化和節能減排具有重要意義。在眾多強化機制中,晶粒細化是提高金屬強度的重要途徑。然而,當晶粒尺寸細化到亞微米和奈米量級,金屬形變過程中的硬化能力降低,使得強度提高的同時塑/韌性急劇下降,即存在強度-塑/韌性的倒置關係。如何打破奈米晶/超細晶高強金屬中這種普遍存在的倒置關係、獲得高強/高韌的綜合力學性能,一直是金屬結構材料基礎研究的核心目標與研究前沿。針對此瓶頸難題,張荻教授團隊創新性地提出了透過引入奈米增強相降低金屬的晶界能以克服奈米晶/超細晶金屬中位錯存儲能力不足的「先天缺陷」,進而做到材料強度-塑/韌性均衡提高的新思路。在此思路指導下,研究團隊制備了具有仿生磚砌結構的石墨烯增強超細晶銅基復合材料塊材,在保持超細晶基體高強度的同時,做到了加工硬化能力與拉伸塑性的顯著提升。研究團隊進一步運用跨尺度組織表征、多重應力弛豫實驗、分子動力學模擬等手段研究了形變過程顯微組織演變規律、位錯動力學行為,以及復合界面-基體位錯的交互作用,揭示了基於金屬界面能量調控的強韌化機制及其基本原理,為新型高強韌金屬結構材料的發展與實際應用提供了理論依據與技術途徑。

該項工作得到國家科技部重點研發計劃、國家自然科學基金委、上海市科委等項目的資助。

論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b02375

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