中科院金属所发现纳米孪晶金属不怕疲劳

据本报记者报道，英国当地时间10月30日，国际科技期刊《自然》在网上发表了一篇题为《纳米孪晶金属不受历史周期变形影响》的论文，该论文由中国科学院金属研究所研究员雷璐和美国布朗大学教授高华健共同发表。他们发现具有晶体对称结构的纳米孪晶金属不同于传统的金属材料，它不仅具有循环稳定响应，而且具有非常有限的疲劳累积损伤。

疲劳通常是指由于反复施加周期性外力而导致材料性能弱化的过程。在实际使用中，约90%的金属部件失效是由疲劳断裂引起的。原因是材料的微观结构不断变化，在循环加载过程中遭受严重且不可逆的累积损伤，导致材料循环硬化或软化，直至最终失效。

金属材料的不稳定循环响应和疲劳寿命强烈依赖于它们的疲劳历史。金属构件在实际复杂循环载荷工况下的疲劳失效和寿命预测更加困难。因此，如何减少或抑制循环变形过程中的微观组织局部化和不可逆损伤是抗疲劳损伤材料发展的主要瓶颈问题。

金属研究所的研究人员通过电解沉积技术成功制备了块体择优取向纳米孪晶纯铜样品。通过传统的拉压振幅应变控制疲劳实验，研究了试样的循环应力应变响应。结果表明，经过数万次循环加载变形后，纳米孪晶金属的塑性变形完全可逆，几乎没有累积损伤，表现出与历史无关的独特的稳定循环响应特性。这种纳米结构具有独特稳定的循环响应特性和有限的累积损伤，为抗疲劳损伤的高性能工程金属材料的开发提供了新的思路。(沈春雷，柳岩)

《中国科学报》(第五版《创新周刊》，2017年11月6日)