Nature：美国陆军研究实验室成功研制出高温下仍能兼具强度和抗蠕变性的纳米晶合金

引言：近日，美国陆军研究实验室的K.A.Darling和亚利桑那州立大学的M.Rajagopalan等人在《Nature》上发布一篇题为“Extreme creep resistance in a microstructurally stable nanocrystalline alloy”的论文, 文中提出了一种能使纳米晶合金在保留高强度的同时，还能得到极佳抗蠕变性的方法。

成果简介：纳米晶合金是指晶粒平均尺寸在100nm以下的合金。相比于普通合金，该类合金的晶粒尺寸大大减小，因此它们的室温强度大大增加，但是晶粒细化也使得其他力学性能如抗蠕变性的下降，这限制了合金的实用性。

该文报道了一种具有前所未有的性能组合的合金——在高温下仍能兼具强度和抗蠕变性的纳米晶铜钽合金（Cu-10at%Ta）。

为了得到该合金，研究人员首先通过机械合金化即用高能研磨机或球磨机实现固态合金化的技术得到纳米晶Cu-10at%Ta粉末，随后对获得的粉末进行 等径角挤压制成合金块。制成的合金中铜基体晶粒平均尺寸为50±17.5nm，钽基粒子尺寸在3.18±0.86nm到32±7.5nm之间。

在0.5-0.64T_m施加0.85%-1.2%剪切模量的蠕变实验条件下，Cu-Ta合金表现出低于10^-6/ s的稳定的蠕变速率，该速率比大部分纳米晶金属要低6-8个数量级。

该研究成果对于设计同时具有多种高温性能的纳米晶合金具有重要意义，作者希望该成果能够改变对于高温下纳米晶合金变形的理论思考和期望值，从而带来新的应用。

图文导读：

图1：Cu-10at%Ta合金的压缩蠕变曲线

a.在不同温度和恒应力条件下的传统“时间—蠕变应力曲线”

b.晶粒平均尺寸为50nm的纳米晶铜的理论变形机理图

图2：纳米晶Cu-10at%Ta合金中的钽基纳米团簇的TEM图像

a.不同尺寸高密度纳米团簇的STEM明场像

b.原子序数反差下富钽团簇的STEM高角环形暗场像

c.a图和b图内绿框区域高倍放大后的高角环形暗场像

d.纳米团簇核壳结构的STEM明场像

e.d图红框区域的高速反傅里叶变换图像

f.位于高角度（93°）晶界直径为3nm的粒子

图3：蠕变测试后纳米晶Cu-10at%Ta合金的TEM图像

a,b. 蠕变测试前（a）后（b）的粒子数量分布

c.与钽原子簇交互的晶界弓出处的高分辨STEM明场像

图4：表明蠕变测试后的纳米晶Cu-10at%Ta合金稳定性的模型数据

a,b. 600℃、295MPa下，纯铜纳米晶（a）和Cu-10at%Ta纳米晶（b）三维原子蠕变模拟中的二维切片

文献链接：Extreme creep resistance in a microstructurally stable nanocrystalline alloy（Nature, 2016, DOI:10.1038/nature19313）

本文由材料人编辑部汪庆供稿，欧洲足球赛事 编辑整理。

料牛网专注于跟踪材料领域滚球体育 及行业进展，这里汇集了各大高校硕博生、一线科研人员以及行业从业者，如果您对于跟踪材料领域滚球体育 进展，解读高水平文章或是评述行业有兴趣，点我加入材料人编辑部。