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快速升溫可大幅度提高銅納米晶的熱穩(wěn)定性

來(lái)源:本站  發(fā)布時(shí)間:2020年05月17日 作者:

導(dǎo)讀:近期國(guó)內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn),利用快速升溫可以在納米晶銅中引入退火孿晶,從而實(shí)現(xiàn)納米晶晶界的“熱弛豫”,提高納米晶的熱穩(wěn)定性。該成果已424日發(fā)表在《科學(xué)》子刊《科學(xué)進(jìn)展》。

 

研究發(fā)現(xiàn),快速升溫提高納米晶穩(wěn)定性的熱弛豫方法,可以用于提高一般嚴(yán)重塑性變形所獲得的亞微米和納米晶的穩(wěn)定性,這對(duì)于發(fā)展高穩(wěn)定納米材料和推動(dòng)納米金屬的應(yīng)用具有重要意義。

研究人員依據(jù)基辛格效應(yīng),提出增加升溫速率,可以提升晶粒長(zhǎng)大溫度,而不影響孿晶生長(zhǎng)溫度。因此,采取快速升溫既避免了晶粒長(zhǎng)大,又可產(chǎn)生生長(zhǎng)孿晶。將晶粒尺寸80納米左右的純銅,以160K/min的速率快速升溫至523K保溫15分鐘再冷卻,材料晶粒尺寸沒(méi)有明顯變化,而孿晶數(shù)量明顯增加。與變形孿晶一樣,這些生長(zhǎng)孿晶也可以弛豫晶界,增強(qiáng)納米晶的熱穩(wěn)定性。熱處理后,納米晶的明顯長(zhǎng)大溫度從原來(lái)的低于393K升高至773K以上。

 



目前,常用的嚴(yán)重塑性變形方法如等通道擠壓、疊軋等工藝制備的純金屬,其晶粒尺寸通常在亞微米尺度,很難在加工過(guò)程中啟動(dòng)晶界弛豫機(jī)制,如嚴(yán)重塑性變形制備的純銅晶粒尺寸多處于100~200納米,穩(wěn)定性較差,其晶粒長(zhǎng)大溫度遠(yuǎn)低于粗晶。

該研究團(tuán)隊(duì)近年來(lái)在納米金屬的穩(wěn)定性方面開(kāi)展了系統(tǒng)的研究工作。2018年,他們?cè)谒苄宰冃沃苽涞募{米晶純銅和純鋁中發(fā)現(xiàn)了納米晶熱穩(wěn)定性的反常晶粒尺寸效應(yīng)。2019年,他們?cè)谘芯堪l(fā)現(xiàn),盡管與加熱條件下的晶界遷移的內(nèi)在機(jī)制不同,納米晶在受力條件下的機(jī)械穩(wěn)定性也存在這種反常晶粒尺寸效應(yīng)。







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