金属所卢柯院士&李秀艳，重磅Science！

通过蠕变可以对材料进行塑性变形，且蠕变在较高温度下会放大。同时，避免蠕变通常需要制造大型合金单晶，这既昂贵又耗时。在此，中国科学院金属研究所卢柯院士和李秀艳研究员等人表明在纳米晶粒介质熵合金中引入稳定的晶界网络，可以改善高温下的蠕变行为，所得合金即使在高应力下也具有高抗蠕变性，这是结构合金的重要特性。

相关研究成果“Inhibiting creep in nanograined alloys with stable grain boundary networks”为题发表在Science上。

蠕变是应力低于屈服强度的材料的与时间有关的变形，是高温下大量部件失效的原因。由于材料中的晶界（GBs）通常有利于蠕变的扩散过程，因此消除GBs是抵抗金属（例如单晶高温合金涡轮叶片）高温蠕变的主要方法。

本文报告了一种通过使用稳定的GB网络来抑制蠕变的不同策略，研究了一种具有面心立方奥氏体结构的商业化MP35N合金，其棒样处于冷变形状态，维氏硬度为~5 GPa。其化学成分的重量百分比为34.1Ni-33.9Co-20.9Cr-10.2Mo- 0.9Ti，与AMS 5844一致。Ni/Co/Cr/Mo/Ti的元素在样品中均匀分布，该结构由平均尺寸为61±23m的粗粒组成，包含高密度的位错和一些变形孪晶。通过在1075℃下退火2h，制备了平均粒径为110±31m的粗粒度样品。

具体来说，塑性变形引发了纳米晶粒单相镍钴铬合金中高密度GBs的结构松弛，形成了具有丰富孪晶边界的稳定GBs网络，稳定的GBs网络有效地抑制了高温下的扩散蠕变过程。结果表明，本文获得了前所未有的抗蠕变特性，在700°C（~61%熔点）和每Gpa下的蠕变率为~10^-7/s，优于传统高温合金。

图1. 具有稳定GB的纳米晶粒NiCoCr合金的结构

图2. 热稳定性和温度与强度的关系

图3. 压痕蠕变响应及机理

图4. 700°C时各种合金的抗蠕变性

本研究结果表明，纳米晶粒合金中稳定的GB网络能够同时提高热稳定性，高温强度，以及高温蠕变阻力，这种属性增强与传统策略有着根本的不同。在过去的几十年里，已经开发了各种技术来在纳米结构材料中引入高密度GBs。通过不同的物理和化学方法稳定GBs已在各种金属和合金中得到证明。因此，预计使用稳定的GB网络为设计具有高性能的先进稳定合金，特别是用于高温应用的合金提供了可行的范例。

B. B. Zhang et al., Inhibiting creep in nanograined alloys with stable grain boundary networks, 2022, Science,

https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/science.abq7739

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金属所卢柯院士&李秀艳，重磅Science！

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