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【研究进展】超细晶粒高压强化获得超强金属

12月16日 12:00 分享到:

    过去认为,随着组成金属的晶粒尺寸变小,金属强度越大,最强时的晶粒尺寸约为10-15 nm,但如果晶粒的直径小于10 nm,则金属材料的强度又会变弱。犹他州大学博士后学者Xiaoling Zhou、地质学副教授Lowell Miyagi和中国上海高压科学研究中心的陈斌领导的实验表明,高压强化下晶粒直径小至3 nm的镍样品,样品的强度随着晶粒尺寸的减小而持续增加。

    研究人员测试了晶粒尺寸从200~3 nm的镍样品,将各种晶粒度的样品置于高压钻石砧室中,并使用X射线衍射观察每个样品在纳米级发生的变化。随着样品晶粒尺寸变小,其强度不断增大。3 nm的样品在不可逆变形之前,可承受4.2吉帕斯卡的力,这比商业级晶粒尺寸的镍强10倍。在实验条件下,颗粒之间的相互作用方式是不同的,高压可能克服了晶粒滑动的影响。当在20 nm以下的晶粒尺寸处抑制晶界滑动时,研究人员观察到一种新的原子尺度变形机制,该机制导致了最细晶粒样品的极端强化。

    该研究的一项进步是以前所未有的方式测量了纳米级材料的强度。另一项进步是高压强化金属的新方法,即对金属的晶粒表面进行加工以抑制晶粒的滑动。虽然高压强化实验在工业应用很少,但是可以考虑采用其他方法来抑制压力带来的晶界变形,这将有助于寻求超强的金属。

相关研究工作发表在Nature

                                 中科院武汉文献情报中心供稿