纳米金属材料环评

摘要： 　　对于金属布局质料，人们总是盼望其不但强度高，同时还具有大的拉伸塑性。然而强度与塑性却是一对本征的抵牾，人们可以轻易地通过塑性变形将晶粒细化到纳米尺寸，把传统粗晶的强...

　　对于金属布局 质料 ，人们总是盼望 其不但 强度高，同时还具有大的拉伸塑性。然而强度与塑性却是一对本征的抵牾 ，人们可以轻易 地通过塑性变形将晶粒细化到纳米尺寸，把传统粗晶的强度进步 5-15倍，代价却是丧失了险些 全部的匀称 塑性。质料 的塑性取决于微布局 相干 的加工硬化本领 ，高强度纳米金属中传统的位错塑性与硬化效应非常薄弱 ；纵然 在低层错能质料 中，晶粒标准 效应也会猛烈 克制 孪生变形和相变诱导的加工硬化效应。因而，人们面对 的极大挑衅 是怎样在高强度纳米金属中得到 加工硬化本领 。

　　克日 ，中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实行 室的武晓雷研究团队提出一种多级构筑布局 的战略 ，应用在低层错能的等原子比 CrCoNi 中熵合金中，实现了高强度与拉伸塑性的优秀 匹配。研究结果 发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS，2018）上。

　　研究团队利用 简单 的工业化冷轧与再结晶退火，奇妙 地构筑了一种多级晶粒标准 的纳米布局 ，即晶粒尺寸非匀称 的异构 (heterogeneous grain structure)，包罗 微米、亚微米和纳米等三个标准 的晶粒。他们发现多级布局 在塑性变形时，发生应力应变再分配，特别 是亚微米晶粒由于负担 了较大的应力，可诱导变形孪生，在晶界不绝 形成纳米孪晶，并在拉伸变形过程中演化为纳米晶粒。多级布局 最明显 的拉伸变形特点是其本身 由于纳米晶粒的形成而不绝 加强 ，发生动态的晶粒细化，雷同 于 TWIP 效应和 TRIP 效应。实行 进而证明 ，大量原位形成的纳米晶粒诱导了迄今为止最为明显 的背应力硬化效应 (back stress hardening)，进步 了加工硬化本领 ，因而在1.2 GPa 的高屈服强度下得到 了25%的拉伸匀称 塑性。他们进一步发现，与均质的低层错能或高层错能纳米布局 相比，多级布局 在划一 强度下可以得到 更大的加工硬化本领 和拉伸塑性。

　　他们的研究结果 显现 了多级构筑布局 的强韧化机理，提出了针对低层错能金属质料 如不锈钢和中高熵合金等的一条强韧化新途径。这项研究工作的相助 者为美国约翰霍普金斯大学质料 系传授 马恩。研究工作得到科技部国家重点研发筹划 纳米科技重点专项、国家天然 科学基金和中科院B类先导专项的资助。

　　图注: a. 单相 CrCoNi 中熵合金拉伸变形后的多级布局 (白色、蓝色和彩色分别为微米、亚微米和纳米晶粒)，纳米晶粒在亚微米晶粒的晶界形成；b. 拉伸性能；c. 归一化加工硬化率；d. 强度–塑性匹配。

　　泉源 ：中国科学院力学研究所