金屬材料低溫應變硬化研究獲進展

　　長期以來，基于位錯理論的晶體材料應變硬化被視為現代凝聚態物理和材料科學領域里最重要、最棘手的科學問題之一。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盧磊團隊在這一科學難題方面取得重要研究進展。相關研究成果近日在線發表于《科學》。

　　研究團隊發現，上述問題的重要性源于提高應變硬化可同時提高材料強度和塑性；而其棘手性在于應變硬化涉及宏量應變載體（位錯）的增殖、交互作用、湮滅、重排等極其復雜的動態演變過程，且存儲位錯的飽和密度依賴于微觀結構。

　　已有研究顯示，粗晶中位錯存儲空間大且具有最強的應變硬化能力。目前有很多強化策略可有效提升材料強度，但不可避免地會降低位錯存儲密度，導致其加工硬化顯著降低，低溫變形亦是如此。追本溯源，應變硬化能力的降低是結構材料強度-塑性/韌性等性能倒置的根本原因。

　　盧磊團隊研究表明，具有空間梯度序構位錯胞結構的合金在低溫拉伸變形時不僅具有優異的強度和塑性，而且表現出超高的應變硬化能力，其應變硬化率甚至超過粗晶，顛覆了粗晶結構具有最高加工硬化能力的固有認知。

　　這種低溫超高應變硬化源于多滑移原子尺度層錯束萌生主導的動態結構細化，細化形成的亞十納米層錯疇既能顯著阻礙位錯運動，又能高效存儲更高密度的位錯。空間梯度序構、位錯胞本征結構以及低溫環境協同激發了超高密度二維平面層錯疇主導的應變硬化，這完全不同于位錯、孿生及相變等傳統應變硬化機制。

　　該研究發展了晶體材料的應變硬化理論，為研發高性能金屬材料及開展極端環境應用提供了新機遇與新挑戰。