研究發(fā)現(xiàn)納米金屬機(jī)械穩(wěn)定性的反常晶粒尺寸效應(yīng)

    納米金屬的晶界在機(jī)械變形作用下容易發(fā)生晶界遷移并伴隨晶粒長(zhǎng)大，使得納米材料發(fā)生軟化，這種機(jī)械驅(qū)動(dòng)晶界遷移的現(xiàn)象不僅破壞材料的性能，也給利用塑性變形法制備納米晶帶來(lái)巨大困難。一般認(rèn)為，力作用下的晶界遷移速率與晶界能、晶界的曲率、晶界上的有效臺(tái)階等相關(guān)。晶粒尺寸越小，晶界曲率越大，遷移速率越快。

    在“變革性技術(shù)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題”重點(diǎn)專項(xiàng)“低能晶界及相界調(diào)控實(shí)現(xiàn)材料素化的原理及演示驗(yàn)證”項(xiàng)目支持下，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所李秀艷研究員和合作者發(fā)現(xiàn)對(duì)于塑性變形制備的納米晶純Cu、純Ag、純Ni樣品，準(zhǔn)靜態(tài)拉伸變形時(shí)，隨著晶粒尺寸從亞微米減小至納米量級(jí)，晶界遷移先逐漸增強(qiáng)，而當(dāng)晶粒尺寸減小至臨界值時(shí)，晶界遷移逐漸受到抑制。這一結(jié)果顛覆了傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，其原因在于臨界尺寸以下納米晶在塑性變形過(guò)程中晶界容易發(fā)生應(yīng)變誘導(dǎo)晶界馳豫，從而抑制了晶界遷移行為，使納米晶機(jī)械穩(wěn)定性增強(qiáng)。

    上述研究成果表明，與晶粒尺寸相關(guān)的晶界馳豫效應(yīng)能明顯對(duì)機(jī)械驅(qū)動(dòng)晶界遷移起到抑制作用，為提高納米晶機(jī)械穩(wěn)定性提供了新的方法，也為發(fā)展納米晶制備工藝提供了重要參考。