突破高性能金屬材料發展瓶頸有了新路徑

筆者從中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心獲悉，該中心納米金屬科學家工作室博士后徐偉、張波研究員、李秀艷研究員和盧柯院士等研究發現，受限晶體結構可顯著降低鋁鎂合金中的高溫原子擴散速率。在鋁鎂合金平衡熔化溫度附近，受限晶體結構的表觀晶間擴散速率比同成分材料的晶界擴散降低約7個數量級。
該發現不但揭示了受限晶體結構的一種全新原子擴散行為，而且表明金屬材料的高溫原子擴散速率可以利用這種新型亞穩結構得到大幅度降低，這為發展高性能高熱穩定性金屬材料開辟了一條全新的途徑。
原子擴散是材料制備加工過程中調控材料結構性能的一個基本過程。利用金屬的高擴散速率可以在較低溫度下大幅度調控金屬材料的結構和性能，從而獲得良好的綜合性能，但高擴散速率亦會導致金屬材料在高溫下結構失穩，很多金屬會出現優異性能喪失、強度下降等現象。
2020年，該團隊發現了一種新型亞穩結構即受限晶體結構。此后，研究團隊利用自主研發的低溫塑性變形技術，將過飽和Al-15%Mg合金薄片的晶粒尺寸細化至10納米以下，并成功獲得受限晶體結構。利用該結構，系統研究了該合金在升溫過程中的三種原子擴散控制的結構演化過程。
研究表明，在接近合金熔點的高溫下，受限晶體結構可以有效制這三種結構演化過程，甚至使合金的熔化溫度比平衡熔點提升了69K，表現出超低的原子擴散速率。