金屬所在金屬中納米孔彌散強化研究方面獲進展

發展新型輕質高強度材料是航空航天、汽車、消費電子等領域的迫切需求。當前，材料輕量化一般通過添加更輕的合金元素如輕質鋼中的鋁、鋁合金中的鋰來實現。與之相比，引入孔洞是更為直觀有效且更具普適性的材料減重途徑。然而，一般情況下，少量孔洞即可導致材料的強度、塑韌性、疲勞性能等力學性能急劇降低。因此，在鑄造、粉末冶金、3D打印等材料制備加工過程中，孔洞一般被視為嚴重材料缺陷而需要嚴格控制并極力消除。

近期，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心研究員金海軍團隊提出，如果細化至百納米以下并彌散分布于材料中，孔洞將從有害材料缺陷轉變為有益的“強化相”。該團隊以金為模型材料研究發現，添加彌散納米孔可在不損失、甚至提高塑性的同時，降低材料密度并大幅提升其強度。8月9日，相關研究成果以Strengthening Gold with Dispersed Nanovoids為題，發表在《科學》（Science）上。

該團隊通過脫合金腐蝕法制備出結構均勻的納米多孔金，將其適當壓縮并加熱退火，形成含有大量彌散分布納米孔的新材料。微拉伸實驗發現，添加體積分數高達5%~10%的納米孔后，材料屈服強度提升50%~100%，且保持良好的塑性。部分樣品塑性甚至優于同等晶粒尺寸的完全致密材料。彌散分布納米孔有助于減輕孔洞周圍應力和應變集中，抑制裂紋的萌生。該材料巨大比表面積促進表面-位錯間交互作用，進而提高強度的同時也提高應變硬化率，且后者有助于提高塑性。

研究表明，特征尺寸低于百納米的孔洞具有類似于納米顆粒或納米析出相的強化效應，是一種“零質量、零污染”的新型納米強化相。這一強化方式有助于材料輕量化和回收再利用，可更大限度保留本體材料導熱導電等優異物理性能，并有望在多個領域得到應用。

研究工作得到國家自然科學基金的支持。

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