近期，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心納米金屬科學家工作室李秀艷等人研究發(fā)現(xiàn)，利用快速升溫可以在納米晶銅中引入退火孿晶，從而實現(xiàn)納米晶晶界的“熱弛豫”，提高納米晶的熱穩(wěn)定性。該成果于4月24日發(fā)表在《科學》子刊《科學進展》。
研究發(fā)現(xiàn)，快速升溫提高納米晶穩(wěn)定性的熱弛豫方法，可以用于提高一般嚴重塑性變形所獲得的亞微米和納米晶的穩(wěn)定性，這對于發(fā)展高穩(wěn)定納米材料和推動納米金屬的應用具有重要意義。
研究人員依據(jù)基辛格效應，提出增加升溫速率，可以提升晶粒長大溫度，而不影響孿晶生長溫度。因此，采取快速升溫既避免了晶粒長大，又可產(chǎn)生生長孿晶。將晶粒尺寸80納米左右的純銅，以160K（開）/分鐘的速率快速升溫至523開保溫15分鐘再冷卻，材料晶粒尺寸沒有明顯變化，而孿晶數(shù)量明顯增加。與變形孿晶一樣，這些生長孿晶也可以弛豫晶界，增強納米晶的熱穩(wěn)定性。熱處理后，納米晶的明顯長大溫度從原來的低于393開升高至773開以上。
目前，常用的嚴重塑性變形方法如等通道擠壓、疊軋等工藝制備的純金屬，其晶粒尺寸通常在亞微米尺度，很難在加工過程中啟動晶界弛豫機制，如嚴重塑性變形制備的純銅晶粒尺寸多處于100~200納米，穩(wěn)定性較差，其晶粒長大溫度遠低于粗晶。
沈陽材料科學國家研究中心納米金屬科學家工作室近年來在納米金屬的穩(wěn)定性方面開展了系統(tǒng)的研究工作。2018年，他們在塑性變形制備的納米晶純銅和純鋁中發(fā)現(xiàn)了納米晶熱穩(wěn)定性的反常晶粒尺寸效應。2019年，他們在研究發(fā)現(xiàn)，盡管與加熱條件下的晶界遷移的內(nèi)在機制不同，納米晶在受力條件下的機械穩(wěn)定性也存在這種反常晶粒尺寸效應。