第十三届全国青年表面工程学术会议

165 / 2021-04-05 11:47:31

晶界固态非晶化提高纳米晶薄膜的热稳定性

纳米晶薄膜；晶界非晶化；晶粒生长；界面能

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纳米晶材料通常指晶粒尺寸小于100纳米的金属材料，具有晶粒尺寸细小，缺陷密度高，晶界体积分数大等独特的微结构，展现出无与伦比的机械性能，如高强度、高硬度、高韧性、超塑性等，引起了人们越来越多的关注。然而，纳米晶材料的晶粒热稳定性差，固有的高密度晶界为晶粒的粗化提供了充足的驱动力，导致材料的强度受损。这种结构的不稳定性是阻碍纳米晶材料进一步广泛应用的重要原因，也是目前研究工作者亟待解决的问题。

本工作以纳米晶Ni-Mo金属薄膜为研究对象，发现通过适当的合金元素的添加可以在高温下显著稳定纳米晶晶粒尺寸，并进一步提高材料的强度。溶质元素不仅可以在晶界偏析以提高晶界的稳定性，而且可以诱导晶界发生固态非晶化从而产生厚的晶间非晶层来进一步稳定晶界。通过设计并计算Ni/Mo界面的“晶界润湿”的热力学模型预测了晶间非晶层的形成，晶界非晶化是界面能驱动的溶质原子扩散的结果。同时研究还表明当溶质元素超过固溶极限，即便晶粒发生粗化，也可以通过纳米相的析出来保持纳米晶的高强度。