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【中国科学报】研究发现纳米金属机械稳定性反常晶粒尺寸效应

文章来源:中国科学报 沈春蕾 刘言   发布时间:2019-04-11  【字号:     】  

  近日,中国科学院院士卢柯、中科院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心研究员李秀艳发现了纳米金属机械稳定性的反常晶粒尺寸效应,相关成果日前在线发表于《物理评论快报》。

  纳米金属的晶界在机械变形作用下容易发生晶界迁移并伴随晶粒长大,使得纳米材料发生软化?;登Ы缜ㄒ撇唤銎苹挡牧系男阅?,也给利用塑性变形法制备纳米晶带来困难。

  目前机械驱动晶界迁移的根本机制仍存争议,但相关模型和计算模拟均表明机械驱动晶界迁移伴随着明显的晶界区原子重组和位错运动,这说明该过程与晶界状态有密切关系。一般认为,力作用下的晶界迁移速率与晶界能、晶界的曲率、晶界上的有效台阶等相关。晶粒尺寸越小,晶界曲率越大,迁移速率加快。

  该研究发现,对于塑性变形制备的纳米晶Cu、Ag、Ni样品,在准静态拉伸变形时,随着晶粒尺寸从亚微米减小至纳米量级,晶界迁移逐渐增强,而当晶粒尺寸小于临界值时,晶界迁移逐渐受到抑制。这一结果颠覆了传统的认识,与其在纳米晶热稳定性晶粒尺寸反常效应的相关发现一致。

  研究表明临界尺寸以下纳米晶在塑性变形过程中其晶界容易发生应变诱导晶界驰豫,而这抑制了晶界迁移行为,使纳米晶变形机制由晶界迁移逐渐变为不全位错运动形成变形孪晶或层错为主导,纳米晶机械稳定性增强。对Cu中临界尺寸附近未发生机械驰豫的纳米晶进行热处理,使其晶界发生热驰豫,同时保持晶粒尺寸基本稳定,在后续进一步拉伸变形过程中其晶界迁移明显受到抑制,晶粒表现出更高的机械稳定性。

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(责任编辑:侯茜)

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