科学家用快速升温实现纳米晶晶界“热弛豫”

  日前，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心研究员李秀艳等人研究发现，利用快速升温可以在纳米晶铜中引入退火孪晶，从而实现纳米晶晶界的“热弛豫”，提高纳米晶的热稳定性。该项研究成果4月24日发表于《科学进展》。

  弛豫指的是在某一个渐变物理过程中，从某一个状态逐渐地恢复到平衡态的过程。目前，等通道挤压、叠轧等常用的严重塑性变形方法制备的纯金属晶粒尺寸通常在亚微米尺度，很难在加工过程中启动晶界弛豫机制。例如，严重塑性变形制备的纯铜晶粒尺寸多处于100～200纳米，稳定性较差，其晶粒长大温度远低于粗晶。

  为此，研究人员采取快速升温的方法，既避免了晶粒长大，又可产生生长孪晶。具体做法是将晶粒尺寸80纳米左右的纯铜，以160开尔文/分钟的速率快速升温至523开尔文保温15分钟再冷却，材料晶粒尺寸没有明显变化，而孪晶数量明显增加。与变形孪晶一样，这些生长孪晶也可以弛豫晶界，增强纳米晶的热稳定性。热处理后，纳米晶的明显长大温度从原来的低于393开尔文升高至773开尔文以上。

  该方法可用于提高一般严重塑性变形所获得的亚微米和纳米晶的稳定性，对于发展高稳定纳米材料和推动纳米金属的应用具有重要意义。

  相关论文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.aaz8003