物質吸收能量是自然和人為過程的基礎。然而，盡管這種材料無處不在，開發能夠承受劇烈能量流而不降解的材料仍然是材料科學和工程領域的一項重大挑戰。盡管最近在制造耐能量流的合金方面取得了進展，但減輕機械能吸收和轉移造成的損害仍然是基礎科學和技術應用中的一個關鍵障礙。當機械能通過沖擊載荷傳遞給材料時，這一挑戰尤其突出。
近日，陸軍研究實驗室B. C. Hornbuckle報道了一種現象，即微觀結構穩定的納米晶態 Cu-Ta 合金在多次沖擊載荷沖擊后可以發生位錯結構的逆轉或幾乎完全恢復，這與任何其他已知的金屬材料不同。這些合金的微觀結構可以承受高達 12 GPa 的壓力下反復的沖擊波相互作用，而不會出現任何顯著的微觀結構損傷或劣化，顯示出幾乎不受沖擊載荷有害影響的非凡能力。
文章要點
1）與傳統金屬不同，熱機械穩定納米晶態 Cu-Ta 合金在多次動態沖擊載荷事件至高壓狀態時，表現出從累積的位錯結構以及所造成的損傷中消散并表現出逆轉或幾乎完全恢復的能力。 這些合金的微觀結構幾乎不受沖擊變形的影響。其他 NC 金屬不太可能表現出這種行為，其微觀結構在沖擊載荷下會失去穩定性。
2）為了證明 Cu-Ta 合金的抗沖擊性，軟恢復樣品在 12 GPa 的壓力下受到反復沖擊載荷。這些合金的微觀結構，尤其是 Cu3Ta，在多次沖擊載荷后幾乎保持無損傷。相比之下，用于比較的 UFG Cu 表現出缺陷急劇擴散、損傷積累和快速晶粒生長，如高分辨率 STEM 成像所觀察到的。時間分辨 APS 和 XRD 實驗直接觀察了沖擊載荷后 Cu-3Ta 中的損傷恢復情況。
3）原子模擬證實了沖擊波前沿的缺陷產生和快速微結構恢復，從而證實了實驗結果。模擬還將 NC Cu-Ta 微結構承受嚴重壓縮的能力與 Ta 納米團簇的晶粒穩定作用聯系起來。這項研究的成果對于設計用于許多技術應用的新型抗沖擊材料具有重要意義。
參考文獻
Hornbuckle, B.C., Koju, R.K., Kennedy, G. et al. Direct observation of deformation and resistance to damage accumulation during shock loading of stabilized nanocrystalline Cu-Ta alloys. Nat Commun 15, 9135 (2024).
DOI：10.1038/s41467-024-53142-3
https://doi.org/10.1038/s41467-024-53142-3
