据中科院官网报道,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所与西安交通大学合作在高性能钨材料研究方面取得进展,通过多尺度微结构调控策略,在纯钨块材中实现室温韧性和高强度。研究团队在前期高性能W-ZrC块体合金的基础上,受其微结构特征的启发,提出了多尺度微结构调控策略,成功制备出兼具室温拉伸塑性和高强度的纯钨块材。研究人员通过对活化的钨粉进行快速两步低温烧结,得到的烧结钨板坯平均晶粒尺寸为8.9
μm,远小于商业粗晶钨(~39
μm);通过高能率锻造的温加工动态回复,在锻造钨块材中实现了独特的多尺度微结构:层状结构母晶,母晶中含超细亚晶(~1
μm),亚晶中含高比例可动性位错。锻造钨块材在室温下展现出拉伸塑性且抗拉强度高达1354 MPa;在100
℃时,延伸率达4.2%,抗拉强度维持在1300 MPa。除了优异的低温性能外,高能率锻造纯钨在600
℃下的延伸率和强度分别为10.2%和843 MPa,与已报道的块体钨材料相比,仍具有明显优势。层状母晶、超细亚晶与高比例的刃型和复合位错协同作用是纯钨实现室温塑性和高强度的主要原因。层状结构母晶可以钝化裂纹尖端实现增韧效果,相比于大角度晶界,母晶中高比例的亚晶界更有利于位错穿过,从而缓释晶间应力,防止沿晶开裂。更为重要的是,超细亚晶中预制的位错包含58%刃位错和复合位错,而体心立方金属中刃位错和复合位错相比于单纯的螺位错在低温下具有更好的可动性。这些高移动性的位错不仅起到强化作用,低温下还能钝化裂纹尖端。该研究展示了一种在不添加合金和第二相颗粒情况下实现钨块材低温塑性和高强度协同提升的有效策略,也为制备其他高性能难熔金属及合金提供了研究思路。研究内容以“Hierarchical microstructures enabled excellent low-temperature strength-ductility synergy in bulk pure tungsten”发表在Acta Materialia上。