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      突破高性能金屬材料發(fā)展瓶頸有了新路徑

      2021-10-25 18:52:50
      有色金屬材料與工程 2021年5期
      關(guān)鍵詞:晶體結(jié)構(gòu)金屬材料原子

      從中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心獲悉,該中心納米金屬科學(xué)家工作室研究發(fā)現(xiàn),受限晶體結(jié)構(gòu)可顯著降低鋁鎂合金中的高溫原子擴(kuò)散速率。在鋁鎂合金平衡熔化溫度附近,受限晶體結(jié)構(gòu)的表觀晶間擴(kuò)散速率比同成分材料的晶間擴(kuò)散降低約7個數(shù)量級。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)》周刊上。該發(fā)現(xiàn)不但揭示了受限晶體結(jié)構(gòu)的一種全新原子擴(kuò)散行為,而且表明金屬材料的高溫原子擴(kuò)散速率可以利用這種新型亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)得到大幅度降低,這為發(fā)展高性能高熱穩(wěn)定性金屬材料開辟了一條全新的途徑。

      原子擴(kuò)散是自然界的一種常見現(xiàn)象,也是材料制備加工過程中調(diào)控材料結(jié)構(gòu)性能的一個基本過程。利用金屬的高擴(kuò)散速率可以在較低溫度下大幅度調(diào)控金屬材料的結(jié)構(gòu)和性能,從而獲得良好的綜合性能,但高擴(kuò)散速率亦會導(dǎo)致金屬材料在高溫下結(jié)構(gòu)失穩(wěn),很多金屬會出現(xiàn)優(yōu)異性能喪失、強(qiáng)度下降等現(xiàn)象。如何有效降低金屬和合金中的原子擴(kuò)散,提高材料結(jié)構(gòu)和性能在高溫下的穩(wěn)定性,是發(fā)展高性能金屬材料的重要技術(shù)瓶頸之一。

      “提升高溫合金耐熱溫度,其本質(zhì)是為了有效降低合金中的原子擴(kuò)散速率,以增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)的高溫穩(wěn)定性。”研究人員介紹。過去的研究表明,通過適當(dāng)?shù)暮辖鸹蜏p少晶界等結(jié)構(gòu)缺陷,可以在一定范圍內(nèi)降低原子的擴(kuò)散速率,但是降低幅度有限,尤其是在接近材料熔點(diǎn)的高溫下,降低原子擴(kuò)散速率十分困難。

      2020年,該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一種新型亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)即受限晶體結(jié)構(gòu),這為探索固態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)基本特征及其新性能開辟了一個全新空間。此后,研究團(tuán)隊利用自主研發(fā)的低溫塑性變形技術(shù),將過飽和Al-15%Mg合金薄片的晶粒尺寸細(xì)化至10 nm以下,并成功獲得受限晶體結(jié)構(gòu)。利用該結(jié)構(gòu),系統(tǒng)研究了該合金在升溫過程中的三種原子擴(kuò)散控制的結(jié)構(gòu)演化過程。

      研究表明,在接近合金熔點(diǎn)的高溫下,受限晶體結(jié)構(gòu)可以有效抑制這三種結(jié)構(gòu)演化過程,甚至使合金的熔化溫度比平衡熔點(diǎn)提高了69 K,表現(xiàn)出超低的原子擴(kuò)散速率。

      摘自《科技日報》

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