快速升溫實現納米晶界「熱弛豫」—新聞—科學網

2020-11-25 科學網
納米晶穩定性再添新發現
快速升溫實現納米晶界「熱弛豫」

 

日前，中國科學院金屬研究所瀋陽材料科學國家研究中心納米金屬科學家工作室研究員李秀豔等人研究發現，利用快速升溫可以在納米晶銅中引入退火孿晶，從而實現納米晶晶界的「熱弛豫」，可以提高納米晶的熱穩定性。該項工作4月24日發表於《科學進展》。

目前，常用的嚴重塑性變形方法（如等通道擠壓、疊軋等）製備的純金屬，其晶粒尺寸通常在亞微米尺度，很難在加工過程中啟動晶界弛豫機制。例如，嚴重塑性變形製備的純銅晶粒尺寸多處於100～200納米，穩定性較差，其晶粒長大溫度遠低於粗晶。

為此，研究人員採取快速升溫的方法，既避免了晶粒長大，又可產生生長孿晶。具體做法是，將晶粒尺寸80納米左右的純銅，以160開爾文（K）/分鐘（min）的速率快速升溫至523K保溫15min再冷卻，材料晶粒尺寸沒有明顯變化，而孿晶數量明顯增加。與變形孿晶一樣，這些生長孿晶也可以弛豫晶界，增強納米晶的熱穩定性。熱處理後，納米晶的明顯長大溫度從原來的低於393 K升高至773 K以上。

李秀豔告訴《中國科學報》：「快速升溫提高納米晶穩定性的熱弛豫方法，可以用於提高一般嚴重塑性變形所獲得的亞微米和納米晶的穩定性，對於發展高穩定納米材料和推動納米金屬的應用具有重要意義。」

近年來，瀋陽材料科學國家研究中心納米金屬科學家工作室在納米金屬的穩定性方面開展了系統的研究工作。2018年，工作室研究人員在塑性變形製備的納米晶純銅和純鋁中發現了納米晶熱穩定性的反常晶粒尺寸效應，即小於臨界尺寸，隨著晶粒尺寸減小，材料的變形機制由全位錯主導轉變為不全位錯主導，晶界弛豫機制啟動，納米晶的穩定性不降反升。

隨後，他們發現，儘管與加熱條件下的晶界遷移的內在機制不同，納米晶的在受力條件下的機械穩定性也存在這種反常晶粒尺寸效應。該項研究在2019年被《科學》推選為亮點工作。

相關論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.aaz8003

 

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