현지시간 8 월 6 일 최고급 학술지인 사이언스 (Science) 는' 포화된 al-mg 합금의 슈바츠 결정체 구조를 사용하여 원자 확산을 억제한다' 라는 제목의 연구 보고서를 발표해 고온에서 금속의 고원자 확산율로 인한 불안정성을 해결할 수 있는 새로운 방법을 제공했다.
본 연구 보고서의 통신작가는 중국과학원 금속연구소 박사교사 루코원사와 이수연 연구원이다.
루코는 20 여 년 동안 금속 나노재료 연구에 주력해 학술지에 400 여 편의 논문을 발표하고 40 여 건의 발명 특허를 획득했다. Acta Materialia 금상, 훔부르크 연구상, 제 1 회 홍콩구시재단 걸출한 청년학자상, 안정적 및 나노 소재 국제연례회의 ISMANAM 금상, 중국 청년과학자상, 하량합력재단 과학기술진보상, 제 3 세계과학원 TWNSO 기술상을 수상했습니다. 2020 년 루코는 나노 쌍둥이 구조와 그라데이션 나노 구조를 독창적으로 발견하고 활용해 구리 금속의 강도, 인성, 전도성을 실현해' 재료과학상' 을 수상했다.
20 18 ~ 6 월 5438+00, 루코는 랴오닝 () 성 인민정부 부총독으로 기술 스포츠 등을 담당하고 있다. 랴오닝 () 성 과학기술청 (외국 전문가국), 체육국, 주요 기술 혁신, R&D 기지 건설공사센터 (공업기술연구원) 를 분관하다.
논문에 따르면 원자 간 결합의 성질로 인해 금속의 원자 확산률은 도자기와 원자가 결합 또는 이온 결합이 있는 화합물보다 현저히 높다. 합성과 후속 처리 과정에서 확산 제어 프로세스를 조정하여 구조가 서로 다른 길이 척도에서 크게 조정될 수 있도록 하여 금속 재질의 광범위한 성능을 제공합니다. 예를 들어, 알루미늄 합금은 실온에 가까워질 때 금속간 화합물의 침전을 통해 경화된다. 변형 열처리에서는 확산 변이를 제어하여 강철의 강도와 소성을 광범위하게 조절할 수 있다.
그러나 금속이 고온이나 기계적 하중에 노출되면 높은 원자 확산율로 인해 금속의 구조와 사용자 정의 성능이 불안정해집니다. 이런 불안정성은 금속 재료 발전의 주요 병목으로 고온에서의 기술 응용을 크게 제한한다.
연구팀은 금속에서 원자의 확산을 억제하는 것이 특히 고온에서 도전이라고 언급했다. 더 열린 구조와 관련된 인터페이스 또는 결정계 (GBs) 는 격자에 상대적인 원자의 빠른 확산 채널로 간주됩니다. 다른 요소의 결정계 분리를 최적화하여 결정계를 따라 확산을 늦출 수 있습니다. 그러나 합금화 정도가 증가함에 따라 제 2 상 형성 추세가 강화되고 인터페이스 합금화가 제한되었다.
단결정을 형성하여 확산 인터페이스를 제거하는 것은 터빈 엔진의 고온 응용 프로그램에서 초합금 단결정 블레이드를 만드는 관행과 같이 확산 속도를 낮추는 표준 전략으로 간주됩니다. 그러나 연구팀은 단결정금속에서도 높은 확산성은 더 높은 온도에서 억제할 수 없다고 보고 있다. 더 높은 동원온도에서 격자의 균형 공극 농도가 현저히 증가하여 원자의 확산률이 증가할 수밖에 없다.
2020 년' 과학' 에서 루코 등의 중요한 성과에 따르면, 그들은 순동에서 매우 작은 결정립, 즉 슈바츠 결정체 구조를 발견했다. 연구팀은 매우 밀도가 높은 인터페이스가 포함되어 있지만 이 구조는 용융점에 가까운 고온에서 매우 높은 열 안정성을 보여 결정립 거칠기를 방지한다고 언급했다.
따라서 연구팀은 이 안정된 Schwarz 결정체 구조가 고온에서 합금의 원자 확산을 억제할 수 있는지 여부를 연구하는 것이 중요하다고 판단했다.
샘플 SC-8 의 구조적 특성.
이 최신 연구에서 연구팀은 고압 비틀림 장치를 사용하여 77K 와 10GPa 의 정수압 하에서 단상 과포화 Al-Mg (Al-Mg) 합금을 변형시켰다. 적용된 변형이 ~20GPa 를 초과하면 합금 샘플의 조직은 나노크기로 테셀레이션되고, 샘플에는 축이 거의 같은 무작위 방향의 나노 결정립이 형성됩니다. 입자 크기가 고르게 분포되어 평균 입자 크기가 8nm (샘플 SC-8) 입니다. 일련의 분석과 테스트를 통해 과포화 Mg 원자는 다른 실온에서 변형된 Al-Mg 합금처럼 GB 에 모이거나 분산되는 것이 아니라 나노 결정 조직에 고르게 분포되어 있는 것으로 나타났다.
알루미늄은 높은 확산성을 지닌 금속이고 마그네슘은 그 확산성이 가장 강한 합금 원소 중의 하나이다. 연구팀은 과포화 알루미늄 마그네슘 합금의 확산 동작을 관찰하여 Schwarz 결정체 구조를 가지고 있다. 침전, 결정립 굵게, 용융 등 서로 다른 온도에서 금속 간 화합물의 확산 과정을 연구했다.
어닐링 중 샘플의 구조 진화.
이 최소 인터페이스 구조는 과포화 Al-Mg 합금에 있는 원자의 겉보기 국경 간 확산률을 약 7 개 정도 낮출 수 있을 뿐만 아니라 용융점보다 높은 온도에서도 합금 구조가 그대로 유지된다는 것을 발견했다.
이런 과포화 Al-Mg 합금의 관찰 결과는 우리 팀이 순수 구리 Schwarz 결정체 샘플에서 관찰한 결과와 일치하며 자체 확산 제어 과정이라고 생각한다.
샘플 격자 상수 및 입자 크기의 안정성
금속에 있는 Schwarz 결정체 구조의 비확산 특성은 인터페이스의 기본 확산 과정과 고체 수송 운동 역학, 특히 고온에서의 확산 과정을 이해하는 데 중요한 의미를 갖는다. 슈와츠 결정체는 금속과 대체 합금의 원자 확산을 막는 고체 장벽을 제공하여 융점 온도의 안정성을 높여 기존 합금보다 훨씬 높은 것으로 보인다.
루코와 다른 사람들은 슈와츠 결정체 구조를 이용하여 고급 알루미늄 및 기타 합금을 개발하면 이러한 재료가 고온 응용에 유익한 특성을 갖게 될 것이라고 생각한다.
어닐링 후 샘플의 원소 분포.
흥미롭게도 루코가 2000 년 이후 사이언스 잡지에 발표한 문장 13 편이다. 또한 그는 20 10 년 또 다른 최고급 정기 간행물' 자연' 에 1 편의 문장 한 편을 게재했다. 루코, 56 세, 1985 난징공대 금속재료 및 열처리학과 졸업, 1990 금속공학박사 학위를 받았습니다. 2003 년 중국과학원 원사 (최연소 원사), 2005 년 독일과학원원사에 당선됐고, 2006 년 미국 과학주간지 심사위원, 20 18 이 미국 국가과학원 외국원사에 뽑혔다.
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