北京工业大学固体所与浙江大学显微学实验室合作在《Nature Communications》发表创新研究成果

发布时间:2020-3-14 12:12:00

近日,北京工业大学固体所与浙江大学张泽院士团队,中科院金属所杜奎教授以及北京科技大学腾蛟教授等在《Nature Communications》发表题为“In situ atomic-scale observation of grain size and twin thickness effect limit in twin-structural nanocrystalline platinum”的研究成果。该论文首次在原子层次揭示了孪晶尺寸和晶粒尺寸共同作用的双重强韧化机理,该发现为纳米结构材料的金属变形理论建立提供了重要实验依据,为金属材料强韧化提供了新思路。论文第一作者王立华教授,获北京高校卓越青年科学家计划支持。

材料强韧化行为的原子机理是其力学性能调控的科学基础。单一的孪晶结构和超细晶都可以有效调控金属的强韧化行为,将两种结构进行有效整合,不仅是样品制备方法的挑战,也是原子层次实验力学方法的重要挑战,导致其原子层次强韧机理长期缺乏直接的实验证据。

在张泽院士的指导下,北京工业大学固体所韩晓东研究团队长期致力于开发具有国际自主知识产权的宽温域(高至1200℃)多场耦合原子层次原位实验力学方法,模拟先进结构、功能材料单一的热、力、电场或多场耦合使役条件,在原子层次研究材料性能的微观机理,为新材料设计提供科学依据,相关方法已授权美国发明专利6项,中国发明专利50余项。基于原创的实验方法,本论文首次在原子层次研究了孪晶纳米晶Pt的塑性变形机理,揭示了孪晶尺寸和晶粒尺寸共同作用的双重强韧化机理,即:晶粒尺寸>10 nm时,孪晶厚度主导强韧化效应且存在强化软化转变的临界孪晶厚度,该临界值随晶粒尺寸的变化而改变。孪晶厚度小于临界值,全位错切过孪晶界主导塑性变形,呈现强化行为;孪晶厚度大于临界值,偏位错平行于孪晶界运动协调塑性变形,呈现软化行为。 当晶粒尺寸小于10 nm时,晶粒尺寸主导强韧化效应,且呈现不同的软化行为。晶粒尺寸为6~9nm, 变形方式主要为偏位错平行于孪晶界,晶粒尺寸小于6nm, 其塑性变形方式转变为晶界塑性行为。


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