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    我校冶金工程學院夏文真教授在國際權威期刊《Acta Materialia》上發表金屬材料摩擦領域最新研究成果

    發布時間:2023-01-28   文章來源:冶金學院   瀏覽:

    近日,我校冶金工程學院夏文真教授在國際權威期刊《Acta Materialia》上發表金屬材料摩擦領域最新研究成果?!禔cta Materialia》為JCR一區期刊,影響因子9.209。我校為論文第一單位,夏文真教授為論文的第一作者和通訊作者,德國馬普鋼鐵所Steffen Brinckmann資格教授為共同通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金青年基金、德國科學基金會基金等項目的支持,也得到了德國馬普鋼鐵所Gerhard Dehm教授、Piyush Pramod Patil博士、劉暢研究員的幫助。

    當前,通過原位電鏡摩擦實驗,開展對單個粗糙峰下金屬材料摩擦性能與其微觀組織結構演變關系及機理研究是金屬摩擦學前沿研究領域之一。然而,由于傳統掃描和透射電鏡原位摩擦實驗方法依然存在不足之處,面心立方金屬在摩擦過程中水平位錯墻和晶粒細化摩擦層的形成規律及機理等摩擦學關鍵科學問題尚未得到完全解決。本研究通過借鑒掃描電鏡原位微柱壓縮實驗思路,設計了一種新的微觀劃痕實驗方法,通過聚焦離子束技術在晶粒內部和晶界上制備微墻并在其上表面進行滑動實驗。此實驗方法合理簡化了摩擦塑性變形區內的應力場,解決了通過傳統原位掃描電鏡和非原位微觀劃痕實驗無法直接原位觀察亞表層塑性變形的問題,同時避免了原位透射電鏡滑動實驗所面臨的制樣難度大、應力場失真和實驗操作難度大等問題?;诖诵碌奈澓蹖嶒灧椒?,直接觀察在摩擦表面下方的塑性變形行為,再結合先進微觀組織結構表征,解決了在微觀摩擦條件下面心立方金屬摩擦變形初始階段微觀組織結構演變規律及機理的問題。

    (目標晶粒的EBSD圖和FIB制備的微墻斜視圖)


    (含孿晶界微墻變形后SEM圖)


    (微墻變形后IPF圖和KAM圖)


    (微墻變形后TEM和TKD圖)

    研究人員利用聚焦離子束技術(FIB)在奧氏體不銹鋼的單個晶粒內部和含有孿晶界的雙晶(bi-grains)上制備出了一系列的微墻,其寬度約為1.7μm、長度約為20μm、深度約為12μm。之后,使用尖端半徑為5μm的楔形壓頭在非原位納米壓痕設備KLA G200上進行了劃痕實驗。經過對劃痕試樣的表征與分析,發現在單道次微墻劃痕實驗中出現了宏觀實驗中類似的位錯墻,充分地驗證了新設計的微觀摩擦實驗方法的可行性和合理性。此外,實驗的研究成果表明:位錯墻的形成和長大行為取決于摩擦方向(晶粒取向和劃痕方向);細小晶粒在位錯墻處形成;孿晶界強烈地影響位錯墻行為,并改變孿晶界附近的局部塑性。研究成果不僅為提供微型元器件減磨耐磨性能設計奠定理論基礎,深化了對工程金屬宏觀摩擦磨損的基本認識。

    論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118670

    (撰稿:夏文真審核:黃貞益張苒杜飛)

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