梯度纳米孪晶强化与硬化研究获新突破

　　中国科学院金属研究所研究员卢磊课题组和美国布朗大学教授高华健研究组合作，发现增加结构梯度可实现梯度纳米孪晶结构材料强度，即加工硬化的协同提高，甚至可超过梯度微观结构中最强的部分。相关成果日前在线发表于《科学》。
　　近来，微观结构梯度的概念被越来越多地应用于工程材料中。因其独特的变形机制，梯度结构材料普遍表现出较好的强度、硬度、加工硬化及抗疲劳性能等。卢磊和高华健课题组的科研人员利用直流电解沉积技术，通过调节电解液温度，实现孪晶片层厚度和晶粒尺寸沿样品厚度的梯度变化，获得结构梯度定量可控的纳米孪晶铜材料。随结构梯度增加，梯度纳米孪晶铜强度和加工硬化率同步提高；结构梯度足够大时，梯度材料的强度甚至超过了梯度微观结构中最强的部分。
　　科研人员通过微观结构分析与分子动力学计算模拟结合发现，梯度纳米孪晶铜额外的强化和加工硬化归因于梯度结构约束而产生的大量几何必需位错富集束。这些位错富集束在变形初期形成，沿梯度方向均匀分布在晶粒内部。这种均匀分布的位错束结构，与均匀结构材料中随机分布的统计储存位错结构截然不同，具有超高位错密度的位错富集束在变形过程中，通过阻碍位错运动、有效抑制晶界应变局域化，从而提高梯度纳米孪晶结构的强度和加工硬化。
　　梯度纳米孪晶强化的概念结合了多尺度结构梯度，进一步提高了材料强度极限，并为发展新一代高强度/延性金属材料提供了新思路。
　　（沈春蕾 刘言）
　　相关论文信息：DOI: 10.1126/science.aau1925