如何有效提升熱-力-時間耦合作用下晶界的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，進(jìn)而抑制晶界高溫軟化和擴(kuò)散蠕變，成為長期以來材料領(lǐng)域的一個重大科學(xué)難題，也是發(fā)展高性能高溫合金的主要瓶頸之一。

《中國科學(xué)報》從中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心獲悉，近期該中心盧柯院士團(tuán)隊與武漢大學(xué)教授梅青松合作，在這一科學(xué)難題研究上取得重要突破。相關(guān)研究成果11月11日發(fā)表于《科學(xué)》。

研究團(tuán)隊利用自主研發(fā)的特種塑性變形技術(shù)，在一種商用單相高溫合金Ni-Co-Cr-Mo（MP35N）中將晶粒細(xì)化至9 納米，晶界結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯弛豫。研究發(fā)現(xiàn)，弛豫態(tài)晶界在熱及熱/力耦合下均保持穩(wěn)定，大幅提升了高溫合金的高溫強度、高溫蠕變等關(guān)鍵力學(xué)性能。該結(jié)構(gòu)在700攝氏度、1GPa應(yīng)力下的蠕變速率可低至10-7s-1（每秒10-7），顯著優(yōu)于目前常用的多晶高溫合金以及單晶高溫合金的性能。

據(jù)了解，金屬材料在高溫下長期承受低于所能承受的微量塑性變形的應(yīng)力作用時會發(fā)生永久形變，通常被稱為蠕變。晶界在高溫下一直被普遍認(rèn)為是合金抗蠕變的短板。

研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，弛豫態(tài)晶界在熱及熱/力耦合下均保持穩(wěn)定，大幅提升了高溫合金的高溫強度、高溫蠕變等關(guān)鍵力學(xué)性能。這是由于弛豫晶界可有效抑制晶界擴(kuò)散，阻礙了高溫下晶界遷移、晶界滑動、晶界擴(kuò)散蠕變等失穩(wěn)機(jī)制的啟動，從而保持了晶界的強化作用。

這一結(jié)果系統(tǒng)演示了通過結(jié)構(gòu)弛豫，晶界可以大幅度提升高溫合金的抗蠕變性能。此外，這種晶界弛豫納米晶高溫合金可大幅降低對合金元素的依賴，為高性能高溫合金的可持續(xù)發(fā)展開辟了一條新路。

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