梯度纳米结构材料

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1、第51卷第1期Vol.51No.12015年1月第1-10页ACTAMETALLURGICASINICAJan.2015pp.1-10*梯度纳米结构材料卢柯(中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室,沈阳110016)摘要本文简要综述了近年来国内外关于梯度纳米结构材料的研究进展,包括梯度纳米结构的分类,梯度纳米结构材料的主要性能特点及制备加工技术.对梯度纳米结构材料面临的一些基础科学问题和工业应用探索进行了讨论和展望.关键词纳米材料,梯度纳米结构,性能,制备加工中图法分类号TG146文献标识码A文章编号0412-1961(

2、2015)01-0001-10GRADIENTNANOSTRUCTUREDMATERIALSLUKeShenyangNationalLaboratoryforMaterialsScience,InstituteofMetalResearch,ChineseAcademyofSciences,Shenyang110016Correspondent:LUKe,professor,Tel:(024)23971508,E-mail:lu@imr.ac.cnSupportedbyNationalBasicResearchProgramofCh

3、ina(No.2012CB932201)andNationalNatu-ralScienceFoundationofChina(Nos.51231006and51261130091)Manuscriptreceived2014-07-18ABSTRACTInthispaper,researchprogressesongradientnanostructuredmaterialsinrecentyearsisbrieflyre-viewed.Itincludesclassificationofgradientnanostructure

4、s,propertiesandprocessingtechniquesofthegradientnanostructuredmaterials.Perspectivesandchallengesonscientificunderstandingandindustrialapplicationsofgra-dientnanostructuredmaterialsareaddressed.KEYWORDSnanostructuredmaterials,gradientnanostructure,property,synthesisand

5、processing[2]纳米结构材料(nanostructuredmaterials)是指结发展.构单元尺度(如多晶材料中的晶粒尺寸)在纳米量级最新研究表明,通过对纳米结构的多级构筑(ar-的材料,其显著结构特点是含有大量晶界或其他界chitecture)可以在有效克服纳米结构的性能缺点的同面,从而表现出一些与普通粗晶结构材料截然不同时发挥其性能优势,梯度纳米结构便是其中的一种[1]的力学和物理化学性能.过去30余年的研究表明,重要构筑类型.梯度纳米结构是指材料的结构单元纳米结构材料通常具有很高的强度和硬度,在不改尺寸(如晶粒尺寸

6、或层片厚度)在空间上呈梯度变化,变材料化学成分的前提下,结构纳米化可使材料的从纳米尺度连续增加到宏观尺度[3].或者说,材料的强度和硬度高达同等成分粗晶材料的数倍甚至数一部分由纳米结构组成,一部分由粗晶结构组成,这十倍,是发展高强度材料的一种新途径.然而,伴随两部分之间结构单元尺寸呈梯度连续变化.梯度纳着强度和硬度的显著提高,纳米结构材料的塑性和米结构的实质是晶界(或其他界面)密度在空间上呈韧性显著降低、加工硬化能力消失、结构稳定性变梯度变化,因此对应着许多物理化学性能在空间上差,这些性能的恶化制约了纳米结构材料的应用和的梯度变化.

7、结构尺寸的梯度变化有别于不同特征尺寸结构(如纳米晶粒、亚微米晶粒、粗晶粒)的简单*国家重点基础研究发展计划项目2012CB932201及国家自然科学混合或复合,有效避免了结构特征尺寸突变引起的基金项目51231006和51261130091资助性能突变,可以使具有不同特征尺寸的结构相互协收稿日期:2014-07-18作者简介:卢柯,男,1965年生,研究员,中国科学院院士调,同时表现出各特征尺寸所对应的多种作用机制,DOI:10.11900/0412.1961.2014.00395使材料的整体性能和使役行为得到优化和提高.2金属学报

8、第51卷[4]材料的许多性能随结构单元特征尺度变化而结构可有以下4种基本类型,如图2所示.变化,当结构单元尺度降低到纳米量级时性能变化(1)梯度纳米晶粒结构:结构单元为等轴状(或会十分显著.例如,金属材料的强度随晶粒尺寸的近似等轴状)