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原創(chuàng) 材料學(xué)網(wǎng) 導(dǎo)讀：本文提出了一種納米沉淀誘導(dǎo)位錯(cuò)釘扎和倍增策略，用于設(shè)計(jì)具有高強(qiáng)度、可塑性和導(dǎo)電性銅合金。也就是說，納米沉淀物是位錯(cuò)的障礙和來源。另外，析出相凈化了Cu基體以保證導(dǎo)電性。為了驗(yàn)證該策略，本文通過固溶處理，軋制和時(shí)效將致密的位錯(cuò)和納米沉淀物引入到Cu-Fe-Ti合金中。原位透射電子顯微鏡和分子動(dòng)力學(xué)模擬表明，納米析出物不僅阻礙位錯(cuò)滑動(dòng)，而且還促進(jìn)了位錯(cuò)倍增，從而產(chǎn)生了590 MPa的拉伸強(qiáng)度和6％的均勻伸長率。通過沉淀凈化Cu基體導(dǎo)致電導(dǎo)率為69％IACS。因此，該策略為開發(fā)高強(qiáng)度，高塑性和高導(dǎo)電率合金開辟了一條新途徑。強(qiáng)度和可塑性是大多數(shù)金屬材料的關(guān)鍵性能。但是，這些屬性通常具有矛盾的關(guān)系。對(duì)于銅合金，除了強(qiáng)度和可塑性之外，對(duì)導(dǎo)電性也有很高的要求。不幸的是，銅合金的強(qiáng)度和導(dǎo)電性之間存在著一種取舍關(guān)系。傳統(tǒng)上，沉淀強(qiáng)化被認(rèn)為是在不顯著降低導(dǎo)電性的情況下強(qiáng)化Cu合金的最有效方法。但是，晶格失配通常會(huì)導(dǎo)致析出物周圍的應(yīng)變局部化，這是析出硬化合金中強(qiáng)度-延展性沖突的根源。因此，解決Cu合金的強(qiáng)度/塑性和強(qiáng)度/導(dǎo)電性之間的矛盾是具有挑戰(zhàn)性的。最近，Peng等通過分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬，揭示了納米沉淀物在高應(yīng)力下提供了獨(dú)特類型的位錯(cuò)源。納米沉淀物同時(shí)用作位錯(cuò)源和障礙物，導(dǎo)致了可持續(xù)的自硬化變形機(jī)制，以增強(qiáng)延展性和強(qiáng)度。然而，他們僅考慮了微晶基體中納米級(jí)沉淀物周圍的位錯(cuò)活性，而沒有在實(shí)驗(yàn)中觀察到位錯(cuò)與沉淀物之間發(fā)生相互作用。因此，如何同時(shí)提高Cu合金的強(qiáng)度、可塑性和電導(dǎo)率仍然是一個(gè)未解之謎。在此，浙江大學(xué)劉嘉斌教授團(tuán)隊(duì)選擇Cu-Fe-Ti合金來驗(yàn)證上述策略。在這項(xiàng)工作中，對(duì)Cu-Fe-Ti合金進(jìn)行鑄造、固溶處理、冷軋后進(jìn)行時(shí)效處理。在合金中獲得了高強(qiáng)度，良好的均勻伸長率和高導(dǎo)電率。通過原位透射電子顯微鏡（TEM）研究了析出物與位錯(cuò)的相互作用過程，建立了合金的微觀結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，提出了一種納米沉淀誘導(dǎo)位錯(cuò)釘扎和倍增的策略。也就是說，納米沉淀物既是位錯(cuò)的障礙又是其來源。另外，沉淀凈化了Cu基體以改善了導(dǎo)電性。相關(guān)研究成果以題“Nanoprecipitates induced dislocation pinning and multiplication strategy for designing high strength, plasticity and conductivity Cu alloys”發(fā)表在Scripta Materialia 上。論文鏈接：https://www./science/article/abs/pii/S135964622100021XSRA合金的硬度和電導(dǎo)率與時(shí)效時(shí)間的關(guān)系如圖1a所示。合金的硬度隨著時(shí)效時(shí)間的增加而增大，在時(shí)效2 h時(shí)達(dá)到峰值196 HV。時(shí)效4 h后，電導(dǎo)率先急劇增加后緩慢增長。圖1 b顯示了SR樣本(426 MPa)的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)高于S樣品(296 MPa)。相反，S試樣軋制后的均勻延伸率(28%)降低到僅1%。SRA-2 h樣品具有較高的電導(dǎo)率、強(qiáng)度和延伸率。圖1 （a）硬度和電導(dǎo)率隨SRA樣品的時(shí)效時(shí)間而變化，（b）S，SR和SRA-2 h樣品的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線。圖2 （a）SR和（b）SRA-2 h樣品的明場(chǎng)TEM圖像。（c）SRA-2 h樣品中納米沉淀的STEM-HAADF圖像；（d）（c）的FFT模式；僅使用（e）（1-11），（f）（11-1）和（g）（200）衍射；（h）SRA-2 h樣品中納米沉淀物的直徑分布；從（c）中的區(qū)域獲取的（i）Cu，（j）Fe和（k）Ti的元素映射。插圖（i）列出了納米沉淀的EDS結(jié)果。圖3 視頻顯示了SRA-2 h樣品中位錯(cuò)與納米沉淀之間的相互作用過程。圖4 在300 K時(shí)，位錯(cuò)與半徑為3.5 nm的納米沉淀物相互作用的可視化。總之，作者通過原位TEM應(yīng)變實(shí)驗(yàn)和MD模擬證明了FeTi納米沉淀是位錯(cuò)的障礙和根源。同時(shí)，F(xiàn)eTi相的沉淀純化了Cu基體并提高了電導(dǎo)率。最后，含有致密納米析出物的Cu-0.74Fe-0.33Ti合金同時(shí)具有590 MPa的拉伸強(qiáng)度，6％的均勻伸長率和69％IACS的電導(dǎo)率。優(yōu)異的結(jié)合性能證明了納米析出物引起的位錯(cuò)釘扎和倍增策略在設(shè)計(jì)高強(qiáng)度，高塑性和高導(dǎo)電率銅合金方面的有效性。本文來自材料學(xué)網(wǎng)微信公眾號(hào)
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