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物理學(xué)頂刊PRL：盧柯等人納米金屬方面又一顛覆性發(fā)現(xiàn)！

2019-04-02 09:41:33 作者：本網(wǎng)整理來源：金屬所，材料科學(xué)與工程分享至：

最近，金屬所沈陽材料科學(xué)國(guó)家研究中心、“萬人計(jì)劃”科學(xué)家工作室盧柯院士、李秀艷研究員取得新進(jìn)展。他們發(fā)現(xiàn)對(duì)于塑性變形制備的納米晶Cu、Ag、Ni樣品，準(zhǔn)靜態(tài)拉伸變形時(shí)，隨著晶粒尺寸從亞微米減小至納米量級(jí)，晶界遷移先逐漸增強(qiáng)，而當(dāng)晶粒尺寸小于臨界值時(shí)，晶界遷移逐漸受到抑制，這一結(jié)果顛覆了傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，與其在納米晶熱穩(wěn)定性晶粒尺寸反常效應(yīng)的相關(guān)發(fā)現(xiàn)一致。對(duì)于Cu、Ag、Ni而言，實(shí)驗(yàn)中臨界晶粒尺寸分別約為75、80、38nm。于3月29日Physical Review Letters（IF=8.839，一區(qū)TOP期刊）雜志在線發(fā)表。

論文鏈接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.126101

納米金屬的晶界在機(jī)械變形作用下容易發(fā)生晶界遷移并伴隨晶粒長(zhǎng)大，使得納米材料發(fā)生軟化，這種現(xiàn)象在拉伸、壓縮、壓痕等變形條件下均有大量實(shí)驗(yàn)和相關(guān)計(jì)算模擬結(jié)果的報(bào)道。機(jī)械驅(qū)動(dòng)晶界遷移不僅破壞材料的性能，也給利用塑性變形法制備納米晶帶來巨大困難。

盡管目前對(duì)于機(jī)械驅(qū)動(dòng)晶界遷移的根本機(jī)制還存在爭(zhēng)議，但相關(guān)模型和計(jì)算模擬均表明機(jī)械驅(qū)動(dòng)晶界遷移伴隨著明顯的晶界區(qū)原子重組和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，這說明該過程與晶界狀態(tài)有密切關(guān)系。一般認(rèn)為，力作用下的晶界遷移速率與晶界能、晶界的曲率、晶界上的有效臺(tái)階等相關(guān)。晶粒尺寸越小，晶界曲率越大，遷移速率加快。

圖（a）純Cu相對(duì)晶粒尺寸變化率（

）隨初始平均晶粒尺寸（

）變化關(guān)系，M-GBR和T-GBR分別表示機(jī)械誘導(dǎo)和熱處理誘導(dǎo)晶界馳豫效應(yīng)。（b）表面機(jī)械碾磨技術(shù)制備純Ag、Cu、Ni樣品相對(duì)晶粒尺寸變化率（

）隨初始平均晶粒尺寸（

）變化關(guān)系。

金屬所這項(xiàng)研究表明，臨界尺寸以下納米晶在塑性變形過程中其晶界容易發(fā)生應(yīng)變誘導(dǎo)晶界馳豫，而這種晶界馳豫抑制了晶界遷移行為，使得納米晶變形機(jī)制由晶界遷移逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)形成變形孿晶或?qū)渝e(cuò)為主導(dǎo)，納米晶機(jī)械穩(wěn)定性增強(qiáng)。該研究還發(fā)現(xiàn)，采用合適退火工藝對(duì)Cu中臨界尺寸附近未發(fā)生機(jī)械馳豫的納米晶進(jìn)行熱處理，使其晶界發(fā)生熱馳豫，同時(shí)保持晶粒尺寸基本穩(wěn)定，在后續(xù)進(jìn)一步拉伸變形過程中其晶界遷移明顯受到抑制，晶粒表現(xiàn)出更高的機(jī)械穩(wěn)定性。

距離表面~28μm深的TEM亮場(chǎng)及晶粒尺寸分布圖

該發(fā)現(xiàn)說明與晶界偏聚效應(yīng)類似，晶粒尺寸相關(guān)的晶界馳豫效應(yīng)能明顯對(duì)機(jī)械驅(qū)動(dòng)晶界遷移起到抑制作用，這為提高納米晶機(jī)械穩(wěn)定性提供了新的方法，同時(shí)也為發(fā)展納米晶制備工藝提供了重要參考。該研究得到科技部納米科技重點(diǎn)專項(xiàng)和國(guó)家自然基金資助。

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責(zé)任編輯：韓鑫