快速升温可大幅度提高铜纳米晶的热稳定性

2020-04-27 18:04:58 来源: 科技日报 作者: 郝晓明

 科技日报记者郝晓明

近期,中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心纳米金属科学家工作室李秀艳等人研究发现,利用快速升温可以在纳米晶铜中引入退火孪晶,从而实现纳米晶晶界的“热弛豫”,提高纳米晶的热稳定性。该成果于4月24日发表在《科学》子刊《科学进展》。

研究发现,快速升温提高纳米晶稳定性的热弛豫方法,可以用于提高一般严重塑性变形所获得的亚微米和纳米晶的稳定性,这对于发展高稳定纳米材料和推动纳米金属的应用具有重要意义。

研究人员依据基辛格效应,提出增加升温速率,可以提升晶粒长大温度,而不影响孪晶生长温度。因此,采取快速升温既避免了晶粒长大,又可产生生长孪晶。将晶粒尺寸80纳米左右的纯铜,以160 K(开)/分钟的速率快速升温至523 开保温15分钟再冷却,材料晶粒尺寸没有明显变化,而孪晶数量明显增加。与变形孪晶一样,这些生长孪晶也可以弛豫晶界,增强纳米晶的热稳定性。热处理后,纳米晶的明显长大温度从原来的低于393 开升高至773 开以上。

目前,常用的严重塑性变形方法如等通道挤压、叠轧等工艺制备的纯金属,其晶粒尺寸通常在亚微米尺度,很难在加工过程中启动晶界弛豫机制,如严重塑性变形制备的纯铜晶粒尺寸多处于100-200 纳米,稳定性较差,其晶粒长大温度远低于粗晶。

沈阳材料科学国家研究中心纳米金属科学家工作室近年来在纳米金属的稳定性方面开展了系统的研究工作。2018年,他们在塑性变形制备的纳米晶纯铜和纯铝中发现了纳米晶热稳定性的反常晶粒尺寸效应。2019年,他们在研究发现,尽管与加热条件下的晶界迁移的内在机制不同,纳米晶的在受力条件下的机械稳定性也存在这种反常晶粒尺寸效应。

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责任编辑:刘义阳