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jinds1944

至尊木虫 (文坛精英)

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专业: 金属材料表面科学与工程

[交流] 转载：我国科学家在金属晶粒细化方面突破了尺寸极限已有11人参与

转载说明：小木虫论坛上曾有人认为“纳米研究”投入大量的研究经费，而没有取得什么效果。也许，这篇《简报》的内容，能够说明纳米研究的的一点点意义吧。

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让金属拥有更优异的力学性能
我国科学家在金属晶粒细化方面突破了尺寸极限

本文提要：金属材料强度越高，韧性就越差。尽管晶粒细化可以同时提高金属强度和韧性，但是会造成晶粒热稳定性下降。这种“鱼和熊掌”的关系长期制约着金属力学性能的提升。中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室卢柯研究组在国家自然科学基金持续的资助下，深入研究了材料强化的基础科学问题，获得了多种新型纳米结构，实现了材料强度、韧性和晶粒热稳定性同时提升，对于改进量大面广金属工程材料具有重要意义。

在对金属材料的研究中，人们认识到金属晶粒细化可以有效地提升金属材料的综合力学性能，尤其是强度和韧性可以同时提高。遗憾的是，晶粒细化有一个尺寸极限。当尺寸小于极限时，晶粒变得十分不稳定，无法进一步细化。显然，突破尺寸限制，对于提升金属力学性能有着极其重要的价值。

2013年10月18日出版的《科学》（Science）杂志发表了中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室卢柯研究组对这个问题的最新研究成果。他们在金属镍表层成功突破了镍的晶粒尺寸极限，所获得的20nm纳米厚度的层片结构比一般手段所获得的纯镍最小晶粒尺寸还小一个数量级。变形层的硬度高达6.4 GPa，远远超过其他变形方式细化的纯镍硬度。纳米层片结构非常稳定，粗化温度高达506℃，比一般纯镍超细晶结构粗化温度高40℃。

该项工作的一个关键是提高塑性变形的速率和梯度。为此，卢柯研究组发明了表面机械碾磨处理技术，在金属纯镍棒表层实现了高速剪切塑性变形，在材料最表层同时获得大应变量、高应变速率和高应变梯度。随着距表面深度的增加，应变量和应变速率呈梯度降低，形成呈梯度分布的微观结构。其中，在距离表面10-50微米深度形成了具有小角晶界的纳米层片结构，同时具有良好的热稳定性。

《科学》发表评论认为，这项研究“为多种工业制造过程中的基础研究和潜在技术应用打开了一个新的视角”。

重要基础研究成果的取得，需要十年磨一剑的静心、精心、细心和耐心钻研，需要聚沙成塔式的厚积薄发。卢柯课题组在国家杰出青年科学基金、创新研究群体项目、重大项目、重点项目、国际合作项目和面上项目等长期稳定持续的资助下在相关问题上已经探索了十几年。他们先后于2000、2004、2009和2011年在《科学》杂志上发表系列文章，针对金属材料的纳米孪晶结构和梯度纳米结构等的强化效果进行了研究，为此最新的进展打下了良好的基础。目前，纳米孪晶结构及其强化机制已成为国际上金属研究领域的热点研究方向，纳米孪晶强化已被认为是一种重要的材料强化机制并在多种材料中得到应用。梯度纳米结构也被多国研究组列为重点研究课题，2014年有多个国际会议将梯度纳米结构列为研讨专题。

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dccpb

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小木虫让我重返江湖

1楼2014-03-03 16:03:35

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lzy0274

新虫 (小有名气)

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专业: 金属基复合材料

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引用回帖:

9楼: Originally posted by dccpb at 2014-03-05 08:30:11
“对于改进量大面广金属工程材料具有重要意义。” 非常赞同靳老师的这句话，我们讲“创新”好多年了，也出了不少创新成果，但这些创新成果对经济发展的贡献貌似比较小，我想这大概和我们创新的角度有关吧。
我们的 ...

他和破铜烂铁打交道倒不是因为这些伟光正，而是因为铜、铁的层错能低，位错交滑移困难，导致回复弱，从而有利于细化或得到孪晶、层错组织。
像铝，这种高层错能的，虽然也很底层，却得不到他们的关注。