【摘要】 近年来，越来越多的研究者致力于将晶粒稳定在纳米级方面的研究。

1.引言

 

近年来，越来越多的研究者致力于将晶粒稳定在纳米级方面的研究。这类纳米晶材料的机械强度期望比过去增加1GPa, 对于某些金属来说需要增加2GPa。然而，这种晶界硬化往往伴随着拉伸塑性的降低，断裂伸长率下降几个百分点会导致材料几乎无法使用。这种关系并不令人惊讶，由于微小的纳米晶粒缺乏应变硬化和应变速率硬化的能力，这对于维持非局域塑性应变至关重要。

屈服开始后，由于背应力，应力-应变曲线仅短暂增加，这种名义“应变硬化”在塑性应变的百分之几内迅速耗尽。对于持续加入塑性流动的纳米晶粒内部的固有加工硬化，位错从一个纳米晶产生后迅速遍及到另一个纳米晶，导致位错几乎不能停留。这种位错存储的缺乏剥夺了金属最有效的应变硬化机制。因此，需要研究一种新的金属强化机制。在金属强化的同时要避免塑性下降。

 

2.成果简介

 

 

对此，吉林大学韩双等研究团队针对超高强纳米金属的应变硬化问题探索出了一种新的金属强化机制，并由此设计了一种新颖的高性能合金。作者以镍钴（NiCo）合金作为模型材料，作者证明了纳米晶镍-钴固溶体虽然仍然是面心立方单相，但其抗拉强度约为2.3 GPa下的 断裂伸长率大约为16%。这种拉伸强度和延展性的不寻常是通过高浓度固溶体中的成分波动实现。

 

这种波动使得层错能量和晶格应变在1到10纳米的长度范围内发生空间变化，从而显著影响位错的运动。尽管纳米晶粒内部的空间非常有限，但位错的运动变得缓慢，促进了它们的相互作用、联锁和积累。因此，流动应力增加，同时位错储存也增加，从而增加应变硬化，从而提高塑性。同时，沿位错线的断开段需要较小的激活体积，因此应变速率敏感性增加，这也稳定了拉伸流动。相关成果与4月13号以“Uniting tensile ductility with ultrahigh strength via composition undulation”为题发表在期刊nature上。

 

3.图文速递

 

图一 电沉积镍钴合金纳米晶中纳米成分的不均匀性

 

图二 NiCo合金在室温下的超强-韧性组合

 

图三 NiCo合金中的位错分布情况

 

图四 NiCo合金位错动力学机制

文献链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04459-w

 

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