近日，东北大学材料科学与工程学院张德良教授以第一作者和通讯作者的身份，在国际材料领域顶级综述期刊《Progress in Materials Science》（期刊影响因子IF=31.56）上发表了长篇综述论文“Ultrafine Grained Metals and Metal Matrix Nanocomposites Fabricated by Powder Processing and Thermomechanical Powder Consolidation”。
在研究和开发用于结构应用的金属和金属基复合材料中，人们不断追求更高的强度、良好的延展性、良好的断裂韧性和良好的疲劳强度。开发高强度结构材料的重要性是十分明显的。
近30年来，粉末加工和粉末热机械固结已被广泛应用于制造超细晶(UFG)金属和金属基复合材料。本文主要概述了作者在新西兰怀卡托大学，中国上海交通大学和东北大学所在的课题组在该领域所开展并发表的研究工作，作为示例来展示这个材料加工工艺路线所具备的制备具有高强度和良好的拉伸延性的UFG金属和金属基纳米复合材料的能力。这篇文章的撰写并提交发表，以庆祝作者的博士导师牛津大学Brian Cantor教授在先进金属材料加工和开发方面的卓越和开创性的研究成就，包括非晶态和其他亚稳态材料，金属液体凝固的异质成核，以及由Cantor教授和他的同事首先发现的多组分高熵合金（HEA）。
通过粉末加工和热机械固结所制备的UFG金属及金属基纳米复合材料样品的微观组织和拉伸性能以及它们之间的相关性的研究强烈表明，为了显著提高这类材料的拉伸屈服强度并保持总体良好的拉伸延展性，非常需要晶界强化和晶内陶瓷（和其他硬质）纳米颗粒强化的协同作用。。由异质微观组织引入的硬区域和软区域之间的额外边界可以通过在软区域中引起背应力来进一步增强材料的强度，而不会牺牲拉伸延展性。但是，这些边界也会在硬区域中引起正向应力，从而对它们产生减弱作用，因此需要通过将纳米颗粒分散在硬区域中或通过其他方式进行将其强化。
图 (a)各种微观结构特征对金属材料强度的贡献
图(b)影响金属材料拉伸延性的因素示意图
作者在对已发表研究的综述的基础上，提出了今后的研究方向。
(1) 开发数学或数值模型，考虑位错与第二相纳米粒子或析出相的相互作用和位错与晶界之间的相互作用的耦合，以预测UFG金属和金属基纳米复合材料的屈服强度和流变应力。
(2) 研究这类材料的断裂过程，揭示不同微观组织特征处和裂纹尖端前方的微孔是如何成核的。
(3) 建立颗粒间键合强度与加工条件的相关性以及颗粒间键合强度对力学行为的影响。
(4) 利用机器学习方法分析粉末加工和热机械粉末固结制备的UFG金属及金属基纳米复合材料的大量力学性能和相应的微观结构特征数据，阐明在保证高屈服强度和流动强度的同时，抑制微孔的形核和聚结，延缓断裂关键的微观结构因素。
来源 | 东北大学 材料科学与工程学院 东北大学校友总会 材料学网编辑 | 王嘉琪责编 | 赵春时 段亚巍
