突破高性能金屬材料發(fā)展瓶頸有了新路徑

筆者從中國科學(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)家工作室博士后徐偉、張波研究員、李秀艷研究員和盧柯院士等研究發(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界擴(kuò)散降低約7個數(shù)量級。
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。
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)。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納米以下，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，在接近合金熔點的高溫下，受限晶體結(jié)構(gòu)可以有效制這三種結(jié)構(gòu)演化過程，甚至使合金的熔化溫度比平衡熔點提升了69K，表現(xiàn)出超低的原子擴(kuò)散速率。