突破高性能金属材料发展瓶颈有了新路径

中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心纳米金属科学家工作室博士后徐伟、张波研究员、李秀艳研究员和卢柯院士等研究发现，受限晶体结构可显著降低铝镁合金中的高温原子扩散速率。在铝镁合金平衡熔化温度附近，受限晶体结构的表观晶间扩散速率比同成分材料的晶界扩散降低约7个数量级。

该发现不但揭示了受限晶体结构的一种全新原子扩散行为，而且表明金属材料的高温原子扩散速率可以利用这种新型亚稳结构得到大幅度降低，这为发展高性能高热稳定性金属材料开辟了一条全新的途径。原子扩散是材料制备加工过程中调控材料结构性能的一个基本过程。利用金属的高扩散速率可以在较低温度下大幅度调控金属材料的结构和性能，从而获得良好的综合性能，但高扩散速率亦会导致金属材料在高温下结构失稳，很多金属会出现优异性能丧失、强度下降等现象。2020年，该团队发现了一种新型亚稳结构即受限晶体结构。此后，研究团队利用自主研发的低温塑性变形技术，将过饱和Al-15%Mg合金薄片的晶粒尺寸细化至10纳米以下，并成功获得受限晶体结构。利用该结构，系统研究了该合金在升温过程中的三种原子扩散控制的结构演化过程。研究表明，在接近合金熔点的高温下，受限晶体结构可以有效抑制这三种结构演化过程，甚至使合金的熔化温度比平衡熔点提升了69K，表现出超低的原子扩散速率。