卢柯：纳米金属机械稳定性的反常晶粒尺寸效应

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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，这种现象在拉伸、压缩、压痕等变形条件下均有大量实验和相关计算模拟结果的报道。机械驱动晶界迁移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。尽管目前对于机械驱动晶界迁移的根本机制还存在争议，但相关模型和计算模拟均表明机械驱动晶界迁移伴随着明显的晶界区原子重组和位错运动，这说明该过程与晶界状态有密切关系。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，迁移速率加快。

　　最近，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心中科院院士卢柯、研究员李秀艳在这一问题上取得新的进展。他们发现对于塑性变形制备的纳米晶Cu、Ag、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，而当晶粒尺寸小于临界值时，晶界迁移逐渐受到抑制，这一结果颠覆了传统的认识，与其在纳米晶热稳定性晶粒尺寸反常效应的相关发现一致。对于Cu、Ag、Ni而言，实验中临界晶粒尺寸分别约为75、80、38nm。研究表明临界尺寸以下纳米晶在塑性变形过程中其晶界容易发生应变诱导晶界驰豫，而这种晶界驰豫抑制了晶界迁移行为，使得纳米晶变形机制由晶界迁移逐渐转变为不全位错运动形成变形孪晶或层错为主导，纳米晶机械稳定性增强。该研究还发现，采用合适退火工艺对Cu中临界尺寸附近未发生机械驰豫的纳米晶进行热处理，使其晶界发生热驰豫，同时保持晶粒尺寸基本稳定，在后续进一步拉伸变形过程中其晶界迁移明显受到抑制，晶粒表现出更高的机械稳定性。

　　该发现说明与晶界偏聚效应类似、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抑制作用，这为提高纳米晶机械稳定性提供了新的方法，同时也为发展纳米晶制备工艺提供了重要参考。

　　该研究得到科技部纳米科技重点专项和国家自然基金资助。研究成果于3月29日在《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志在线发表。

卢柯，1965年5月出生于甘肃华池，材料科学家，中国科学院院士、发展中国家科学院院士、德国科学院院士、美国国家科学院外籍院士，中共党员，中国科学院金属研究所研究员、博士生导师，沈阳材料科学国家（联合）实验室主任，九三学社第十四届中央委员会副主席，辽宁省人民政府副省长。

李秀艳，女，汉族，1979年生人，中共党员，研究生学历，博士学位。

1995.09-1999.07，南京理工大学材料系，焊接工艺与设备专业，本科毕业，获学士学位；

1999.09-2004.06，中国科学院金属研究所，材料加工，硕博连读，获博士学位；

2004.07-2008.06，中国科学院金属研究所特殊环境材料研究部，助理研究员、副研究员；

2008.06-2009.09，中国科学院金属研究所科技处，业务主管；

2009.09-2009.12，中国科学院金属研究所科技处，项目研究员、业务主管；

2010.01-至今， 中国科学院金属研究所科技处，副处长。