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jinds1944至尊木蟲 (文壇精英)
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[交流]
轉載： 我國科學家在金屬晶粒細化方面突破了尺寸極限 已有11人參與
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轉載說明：小木蟲論壇上曾有人認為“納米研究”投入大量的研究經(jīng)費，而沒有取得什么效果。也許，這篇《簡報》的內容，能夠說明納米研究的的一點點意義吧。 *********************************************** 讓金屬擁有更優(yōu)異的力學性能 我國科學家在金屬晶粒細化方面突破了尺寸極限 本文提要：金屬材料強度越高，韌性就越差。盡管晶粒細化可以同時提高金屬強度和韌性，但是會造成晶粒熱穩(wěn)定性下降。這種“魚和熊掌”的關系長期制約著金屬力學性能的提升。中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯(lián)合）實驗室盧柯研究組在國家自然科學基金持續(xù)的資助下，深入研究了材料強化的基礎科學問題，獲得了多種新型納米結構，實現(xiàn)了材料強度、韌性和晶粒熱穩(wěn)定性同時提升，對于改進量大面廣金屬工程材料具有重要意義。 在對金屬材料的研究中，人們認識到金屬晶粒細化可以有效地提升金屬材料的綜合力學性能，尤其是強度和韌性可以同時提高。遺憾的是，晶粒細化有一個尺寸極限。當尺寸小于極限時，晶粒變得十分不穩(wěn)定，無法進一步細化。顯然，突破尺寸限制，對于提升金屬力學性能有著極其重要的價值。 2013年10月18日出版的《科學》（Science）雜志發(fā)表了中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯(lián)合）實驗室盧柯研究組對這個問題的最新研究成果。他們在金屬鎳表層成功突破了鎳的晶粒尺寸極限，所獲得的20nm納米厚度的層片結構比一般手段所獲得的純鎳最小晶粒尺寸還小一個數(shù)量級。變形層的硬度高達6.4 GPa，遠遠超過其他變形方式細化的純鎳硬度。納米層片結構非常穩(wěn)定，粗化溫度高達506℃，比一般純鎳超細晶結構粗化溫度高40℃。 該項工作的一個關鍵是提高塑性變形的速率和梯度。為此，盧柯研究組發(fā)明了表面機械碾磨處理技術，在金屬純鎳棒表層實現(xiàn)了高速剪切塑性變形，在材料最表層同時獲得大應變量、高應變速率和高應變梯度。隨著距表面深度的增加，應變量和應變速率呈梯度降低，形成呈梯度分布的微觀結構。其中，在距離表面10-50微米深度形成了具有小角晶界的納米層片結構，同時具有良好的熱穩(wěn)定性。 《科學》發(fā)表評論認為，這項研究“為多種工業(yè)制造過程中的基礎研究和潛在技術應用打開了一個新的視角”。 重要基礎研究成果的取得，需要十年磨一劍的靜心、精心、細心和耐心鉆研，需要聚沙成塔式的厚積薄發(fā)。盧柯課題組在國家杰出青年科學基金、創(chuàng)新研究群體項目、重大項目、重點項目、國際合作項目和面上項目等長期穩(wěn)定持續(xù)的資助下在相關問題上已經(jīng)探索了十幾年。他們先后于2000、2004、2009和2011年在《科學》雜志上發(fā)表系列文章，針對金屬材料的納米孿晶結構和梯度納米結構等的強化效果進行了研究，為此最新的進展打下了良好的基礎。目前，納米孿晶結構及其強化機制已成為國際上金屬研究領域的熱點研究方向，納米孿晶強化已被認為是一種重要的材料強化機制并在多種材料中得到應用。梯度納米結構也被多國研究組列為重點研究課題，2014年有多個國際會議將梯度納米結構列為研討專題。 |
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