上海交大團隊在納米複合晶界韌化高強金屬方向取得重要進展

2020-11-25 上海交通大學新聞網

近日，國際納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，在線報導了納米複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），上海交通大學為第一作者單位，論文共同第一作者為上海交通大學博士後李贊和清華大學博士生王昊天。該研究由上海交通大學、清華大學與美國布朗大學合作完成，通訊作者為上海交通大學金屬基複合材料國家重點實驗室張荻教授、郭強特別研究員以及清華大學工程力學系李曉雁副教授，合作者還包括美國布朗大學工程學院高華健院士。

基於納米複合晶界能量調控制備高強韌金屬銅：顯微組織與力學性能

多重應力弛豫實驗研究形變過程中位錯動力學行為

界面能的實驗測定以及分子動力學模擬揭示碳納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，高強金屬的應用對實現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納米量級，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。如何打破納米晶/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通過引入納米增強相降低金屬的晶界能以克服納米晶/超細晶金屬中位錯存儲能力不足的「先天缺陷」，進而實現材料強度-塑/韌性均衡提高的新思路。在此思路指導下，研究團隊製備了具有仿生磚砌結構的石墨烯增強超細晶銅基複合材料塊材，在保持超細晶基體高強度的同時，實現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徵、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，以及複合界面-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。

論文連結：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b02375

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