吉林大学材料科学与工程学院连建设教授团队在超高强塑性纳米合金研究领域取得重要进展

来源:吉林大学

日前，吉林大学材料科学与工程学院连建设教授研究团队与国内外研究团队合作，在超高强塑性纳米合金研究领域取得重要进展。相关研究成果以“Uniting tensile ductility with ultrahigh strength via composition undulation”为题，于2022年4月13日在《自然》（Nature）杂志上在线发表。吉林大学为该研究成果的第一完成单位。

当金属材料内部的晶粒尺寸减小至纳米尺度，材料的强度将依 Hall-Petch 关系大幅度提高。但当纳米晶金属塑性变形时，位错变得极难在如此小的晶粒内部保留下来，导致材料丧失应变硬化能力，很容易发生塑性变形局域化而失稳。强度与塑性之间的倒置关系成为了制约以纳米结构增强的高性能金属材料发展的瓶颈问题。针对这一关键科学问题，连建设教授团队韩双副教授与西安交通大学金属材料强度国家重点实验室孙军院士、丁向东教授、马恩教授，澳大利亚悉尼大学廖晓舟教授及南京理工大学沙刚教授等合作，对超高强纳米金属的应变硬化提出了一种新的机制，并依此路径设计了新颖的高性能合金。

研究团队以NiCo合金作为模型材料，利用脉冲电沉积工艺，在面心立方单相浓固溶体合金中构筑出了由纳米晶粒（晶粒尺寸26 nm）及其内部多尺度成分起伏（1-10 nm）组成的复合纳米结构。本研究中展示的是一种基于纳米尺度（1-10 纳米）明显成分起伏与运动位错间相互作用的强化机制。通过选择合适的合金体系或制备工艺，这一结构-成分复合调控理念可望为新型合金材料的设计与开发开辟新的思路。

图. Ni50Co50合金中由纳米尺度晶粒（a、b、c）和晶内多尺度成分起伏（d、e、f）构成的复合纳米结构。成分起伏呈三维网络分布（g），且成分不同的区域之间由“成分边界”分隔开来（h）。（i）Ni50Co50合金的拉伸工程应力应变曲线。图中还给出了纳米晶Ni、纳米晶Co和多层纳米结构NiCo合金在相同应变速率下的拉伸曲线作为参考和对比。（j）纳米晶金属材料屈服强度-强塑积关系图。在不同应变速率下测得的不同批次的纳米晶Ni50Co50合金的性能用红色五角星表示。

吉林大学材料科学与工程学院博士研究生李恒、西安交通大学金属材料强度国家重点实验室宗洪祥教授、李苏植教授为论文的共同第一作者，韩双副教授、丁向东教授、沙刚教授、廖晓舟教授和马恩教授为论文的共同通讯作者。研究涉及的同步辐射X射线表征、测试和分析由香港城市大学任洋教授领导的科研团队完成。该研究得到国家自然科学基金青年基金项目、吉林省科技发展计划青年科研基金项目以及国家留学基金委员会的资助。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04459-w