我国学者在金属中纳米孔弥散强化研究方面取得新进展

　　

图 纳米孔弥散强化金(NVD Au)：(a)样品实物图；(b)典型扫描电镜照片；
(c )不同孔径NVD Au的拉伸应力应变曲线；(d)致密Au对照组与NVD Au的强塑性匹配差异

　　在国家自然科学基金项目（批准号：51971218）等项目的资助下，中国科学院金属研究所金海军研究员团队联合辽宁材料实验室、南京理工大学，在金属中纳米孔弥散强化研究方面取得突破性进展。相关研究成果以“纳米孔弥散强化金（Strengthening gold with dispersed nanovoids）”为题，于2024年8月8日在《科学》（Science）期刊上发表。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo7579。

　　发展新型轻质高强度材料是航空航天、汽车、消费电子等关键领域的共同迫切需求。当前材料轻量化一般通过添加更轻的合金元素来实现，与之相比，引入孔洞是更为直观有效，且更具普适性的材料减重途径。但一般情况下，少量孔洞的存在可导致材料的强度、塑韧性、疲劳性能等力学性能急剧降低。因此，在铸造、粉末冶金、3D打印等材料制备加工过程中，孔洞一般被视为严重材料缺陷而需严格控制并极力消除。

　　该团队以金为模型材料，通过脱合金腐蚀法制备出结构均匀的纳米多孔金，将其适当压缩并加热退火，形成一种含有大量弥散分布纳米孔的新材料。研究发现，添加体积分数高达5~10%的纳米孔后，材料屈服强度提升50~100%，且保持良好的塑性，部分样品塑性甚至优于同等晶粒尺寸的完全致密材料（图）。

　　该研究表明，特征尺寸低于百纳米的孔洞具有类似于纳米颗粒或纳米析出相的强化效应，是一种“零质量、零污染”的新型纳米强化相。这一强化方式不仅有助于材料轻量化和回收再利用，且可更大限度保留本体材料的优异物理性能，具有广阔的应用前景。