研究发现纳米金属机械稳定性的反常晶粒尺寸效应

    纳米金属的晶界在机械变形作用下容易发生晶界迁移并伴随晶粒长大，使得纳米材料发生软化，这种机械驱动晶界迁移的现象不仅破坏材料的性能，也给利用塑性变形法制备纳米晶带来巨大困难。一般认为，力作用下的晶界迁移速率与晶界能、晶界的曲率、晶界上的有效台阶等相关。晶粒尺寸越小，晶界曲率越大，迁移速率越快。

    在“变革性技术关键科学问题”重点专项“低能晶界及相界调控实现材料素化的原理及演示验证”项目支持下，中国科学院金属研究所李秀艳研究员和合作者发现对于塑性变形制备的纳米晶纯Cu、纯Ag、纯Ni样品，准静态拉伸变形时，随着晶粒尺寸从亚微米减小至纳米量级，晶界迁移先逐渐增强，而当晶粒尺寸减小至临界值时，晶界迁移逐渐受到抑制。这一结果颠覆了传统的认识，其原因在于临界尺寸以下纳米晶在塑性变形过程中晶界容易发生应变诱导晶界驰豫，从而抑制了晶界迁移行为，使纳米晶机械稳定性增强。

    上述研究成果表明，与晶粒尺寸相关的晶界驰豫效应能明显对机械驱动晶界迁移起到抑制作用，为提高纳米晶机械稳定性提供了新的方法，也为发展纳米晶制备工艺提供了重要参考。