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由于原子间键的性质，相对于陶瓷和具有共价键或离子键的化合物，金属中的原子扩散率明显更高。在合成和后续处理过程中，通过调节扩散控制过程，这一特性使得结构在不同长度尺度上具有很大的可调性，从而使金属材料具有广泛的性能。例如，Al合金可以通过在室温附近老化以金属间化合物的析出来硬化。钢的强度和塑性可以通过在热机械处理中操纵扩散相变来广泛调节，高原子扩散率使得金属的结构和定制性能在高温或机械载荷下变得不稳定。这种不稳定性成为金属材料发展的主要瓶颈，极大地限制了它们在高温下的技术应用。抑制原子在金属中的扩散是一项挑战，特别是在高温下。与更开放结构相关联的界面或晶界(GBs)被认为是原子相对于晶格的快速扩散通道。通过优化其他元素的GB偏析可以减缓沿GB的扩散。然而，随着合金化程度的增加，第二相形成的趋势增加，限制了界面合金化。▲在极细多晶铜中发现新型亚稳固态—受限晶体结构沈阳金属所卢柯院士和李秀艳研究员去年发表了Science［Science(),-.］，报道在纯铜中发现了一种亚稳态结构，具有极细的晶粒：一种Schwarz晶体结构，其界面受到孪晶界的限制。尽管它包含极高密度的界面，这种结构在接近熔点的高温下表现出非常高的热稳定性，以防止晶粒粗化。因此，探索这种稳定的Schwarz晶体结构是否能够抑制合金中原子在高温下的扩散是非常有趣的。于是，又来了一篇Science！通讯作者仍是卢柯院士和李秀艳研究员。Al是一种高扩散率金属，Mg是其最易扩散的合金元素之一，因此铝镁系统以高原子扩散率而闻名。作者观察了具有Schwarz晶体结构的过饱和Al-Mg合金的扩散行为。在不同的温度下，研究了金属间化合物的析出、晶粒粗化和熔化等扩散过程。他们发现Schwarz晶体结构在具有极细晶粒的过饱和铝镁合金中可以有效地抑制原子扩散。通过形成这些稳定的结构，抑制了扩散控制的金属间化合物从纳米晶粒的析出和它们的粗化，直到平衡熔化温度，在平衡熔化温度附近表观跨界扩散率降低了约7个数量级。利用Schwarz晶体结构开发先进的工程合金可能会为高温应用带来有用的性能。该工作突出了底层界面结构的重要性，这些观察结果对设计高温应用的结构合金具有启示意义。图文详情图1.SC-8样品的结构表征图2.退火后结构演变图3.晶格常数和晶粒尺寸的稳定性图4.退火时元素分布文献信息SuppressingatomicdiffusionwiththeSchwarzcrystalstructureinsupersaturatedAl?Mgalloys.Science(),-.

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