中科院金属所发现纳米孪晶金属不怕疲劳

英国当地时间10月30日，国际科技期刊《自然》在线刊登了中国科学院金属研究所研究员卢磊与美国布朗大学教授高华健合作发表的论文《不受历史循环变形影响的纳米孪晶金属》。他们发现具有晶体学对称结构的纳米孪晶金属与传统金属材料不同，不但具有循环稳定响应而且疲劳累积损伤非常有限。

疲劳通常指反复施加循环外力而引起的一种材料性能弱化过程。在实际使用过程中约90%金属构件的失效均由疲劳断裂引起，其原因是材料在循环加载过程中微观结构不断变化、遭受严重且不可逆转的累积损伤，从而导致材料循环硬化或软化直至最终失效。

金属材料的非稳定循环响应及疲劳寿命强烈依赖于其疲劳历史，实际复杂循环载荷服役条件下金属构件的疲劳失效和寿命预测更加困难。因此，抗疲劳损伤材料发展的重大瓶颈问题就是如何减小或抑制循环变形过程中微观结构局域化和不可逆损伤。

金属所科研人员利用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，通过传统拉—压变幅应变控制疲劳实验研究了该样品的循环应力—应变响应。结果表明经过上万次循环加载变形之后，纳米孪晶金属的塑性变形是完全可逆的且几乎没有累积损伤，表现出一种独特的与历史无关的稳定循环响应特征。这种具有独特的稳定循环响应特征和有限累积损伤的纳米结构为发展抗疲劳损伤的高性能工程金属材料提供了新思路。