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中科院金屬所《AM》IF=29.4：鋁合金調(diào)幅分解研究獲重大研究進(jìn)展！提高受限晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性！

2023-08-25 11:40:25 作者：本網(wǎng)發(fā)布來(lái)源：材料學(xué)網(wǎng) 分享至：

導(dǎo)讀：近期，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心納米金屬科學(xué)家工作室在這一科學(xué)難題研究方面取得新突破。該團(tuán)隊(duì)利用自主研發(fā)的低溫塑性變形技術(shù)，將成分位于互溶間隙內(nèi)的過(guò)飽和Al-21.7at%Zn合金的晶粒尺寸細(xì)化至10 nm以下并獲得受限晶體結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，單相過(guò)飽和固溶體結(jié)構(gòu)受限晶體Al-21.7at%Zn合金具有頗高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在互溶間隙溫度范圍內(nèi)的調(diào)幅分解行為被完全抑制。這一現(xiàn)象源于平均曲率為零的三維極小面界面結(jié)構(gòu)以及極小尺寸晶粒內(nèi)空位缺失同時(shí)抑制了置換式固溶體原子的晶間擴(kuò)散和晶格擴(kuò)散。研究表明受限晶體結(jié)構(gòu)可有效抑制合金中各種由擴(kuò)散控制的相變過(guò)程，進(jìn)一步證明了這種新型亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)在金屬材料中的普適性，對(duì)提高過(guò)飽和固溶體穩(wěn)定性以及發(fā)展高性能金屬材料具有重要意義。

通過(guò)各種各樣的熱力學(xué)非平衡過(guò)程（快速淬火、物理或者化學(xué)氣相沉積、電沉積以及球磨等手段），可以形成過(guò)飽和固溶體從而調(diào)控金屬材料的性能，但過(guò)飽和固溶體在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在加熱或者塑性變形時(shí)，它將分解成熱力學(xué)穩(wěn)定相以降低體系的自由能。長(zhǎng)久以來(lái)，穩(wěn)定過(guò)飽和固溶體以防止其分解頗有挑戰(zhàn)性，尤其是在具有互溶間隙的合金體系中，相分解將通過(guò)上坡擴(kuò)散主導(dǎo)的調(diào)幅分解機(jī)制自發(fā)進(jìn)行。

有研究表明，塑性變形誘導(dǎo)的晶粒細(xì)化在材料內(nèi)部引入高密度的晶界、空位和位錯(cuò)等缺陷，作為擴(kuò)散的通道，會(huì)加劇原子擴(kuò)散。在晶粒被充分細(xì)化的金屬和合金中，包括晶粒長(zhǎng)大、第二相析出以及調(diào)幅分解在內(nèi)的各種擴(kuò)散過(guò)程被顯著促進(jìn)。這些現(xiàn)象在晶粒尺寸處于亞微米尺度的金屬和合金中尤為顯著。

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心納米金屬科學(xué)家工作室在這一科學(xué)難題研究方面取得新突破。該團(tuán)隊(duì)利用自主研發(fā)的低溫塑性變形技術(shù)，將成分位于互溶間隙內(nèi)的過(guò)飽和Al-21.7at%Zn合金的晶粒尺寸細(xì)化至10 nm以下并獲得受限晶體結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，單相過(guò)飽和固溶體結(jié)構(gòu)受限晶體Al-21.7at%Zn合金具有頗高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，

相關(guān)研究成果以Stabilizing Supersaturation with Extreme Grain Refinement in Spinodal Aluminum Alloys為題，在線發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials，DOI：10.1002/adma.202303650）上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金以及中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程等項(xiàng)目的支持。