人民網(wǎng)北京1月26日電 （記者李昉）記者日前從西安交通大學(xué)獲悉，西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、微納尺度材料行為研究中心吳戈教授—單智偉教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合香港城市大學(xué)先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料研究中心主任呂堅(jiān)，西安交大教授劉暢、教授劉思達(dá)，設(shè)計(jì)了一種創(chuàng)新納米結(jié)構(gòu)，即短程有序界面與超納析出相的結(jié)合來(lái)克服此難題。該研究成果以《短程有序界面和超納析出相實(shí)現(xiàn)2.6-GPa級(jí)合金的優(yōu)異均勻延伸率》為題發(fā)表于《科學(xué)》上。

據(jù)了解，超納（Supra-nano）概念由吳戈與呂堅(jiān)于2017年提出，意為結(jié)構(gòu)特征尺寸小于10nm，通過(guò)在材料中引入超納結(jié)構(gòu)單元，整體材料展現(xiàn)出一些奇異性能。該項(xiàng)研究巧妙地利用短程序（SRO）與FCC基體的正界面作用能，調(diào)控短程序在晶界附近偏聚，形成短程有序界面。此短程有序界面設(shè)計(jì)策略不同于以往報(bào)道的在晶粒內(nèi)部析出SRO的設(shè)計(jì)方法，其強(qiáng)韌化機(jī)理有本質(zhì)區(qū)別。晶粒內(nèi)的SRO對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙效應(yīng)較弱，合金屈服強(qiáng)度提升不明顯。

研究中，SRO在晶界附近的偏聚顯著提升了晶界抵抗位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所需的應(yīng)力水平，屈服強(qiáng)度提升至2.2 GPa。塑性變形過(guò)程中，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)促使晶界附近的SRO發(fā)生向無(wú)序固溶體的轉(zhuǎn)變，降低了晶界附近的應(yīng)力集中，避免界面開裂。此種短程有序界面設(shè)計(jì)策略實(shí)現(xiàn)了與晶界相關(guān)的顯著強(qiáng)化和塑化機(jī)制。

此外，由于塑性變形過(guò)程中的超高應(yīng)力水平，在FCC-BCC相界面發(fā)生BCC到FCC的相變。相界面附近的異構(gòu)變形帶來(lái)背應(yīng)力硬化效應(yīng)，加強(qiáng)應(yīng)變硬化，而變形過(guò)程中的動(dòng)態(tài)相變會(huì)緩解相界面處的應(yīng)力集中，使合金的均勻拉伸變形得到維持。該研究通過(guò)晶粒內(nèi)部以及晶界附近的兩種有序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)了具有2.6 GPa抗拉強(qiáng)度和10%均勻延伸率的合金，為打造出兼具超高強(qiáng)度與卓越均勻延伸率的合金開辟了新道路。