金属材料异质界面强韧化的微纳尺寸效应

【作者】 孙军；

【机构】 西安交通大学金属材料强度国家重点实验室；

【摘要】 金属结构材料的强韧化是国家的重大战略需求,但其强/韧性之间的倒置关系,已成为其研究的理论障碍和技术瓶颈。其原因在于:根据愈小愈强的原理,当金属材料的内在晶粒尺寸和微纳器件所用金属的外观尺寸减小到与其变形载体、如位错长度相当的微纳尺寸范畴时,由于其表/界面的位错湮灭效应,其内部位错和位错源减少,强度提高,但其塑性降低;反之亦然!因此,如何同步提高其强韧性?就成为亟需解决的关键科学和技术问题。为此,我们提出了利用异质界面促使位错发生强关联运动以同步提高合金强韧性的新思路,建立了弥散强化合金的强韧化理论模型,并据此发明了高强韧钼合金、镁合金和金属纳米多层膜制备技术。在强化钼合金、镁合金的同时成倍提高了其延韧性,其中钼合金的性能指标均超过国际上同类材料已报道的最好水平,使我国成为迄今世界上唯一掌握该技术并实现产业化应用的国家;而研制的高强韧镁合金也已批量应用于我国航空兵器和油气钻采等领域;进而利用所研制的金属纳米多层膜中大量的异质界面与第二相强韧化尺寸效应,在保持其大塑性的同时可以成倍提高其强度。据此研制的高强韧金属纳米多层膜已批量用于多种高功率微纳器件的制造,并显著提升了核燃料包壳管和火炮身管的性能。更多还原