纳米晶镍机械非晶化驱动的断裂机制研究

本研究揭示了纳米晶（NC）镍在大塑性应变下独特的断裂机制。研究人员通过X射线衍射和高分辨电镜发现，断裂过程涉及由晶界或晶内Lomer位错核心引发的变形诱导非晶化（amorphization），该非晶结构为解理裂纹的形核与扩展提供了弱连接位点，从而从根本上改变了材料的断裂行为。这一发现为纳米晶金属材料的断裂力学提供了新见解。

　　

在材料科学领域，纳米晶金属因其优异的力学性能备受关注，但其在大塑性变形下的断裂机制仍存在诸多未解之谜。传统理论认为，纳米晶材料的断裂主要与晶界滑移或位错运动相关，然而近期研究发现，一种被称为“机械非晶化”的现象可能在断裂过程中扮演关键角色。这一现象指晶体材料在机械作用下局部失去长程有序结构，转变为非晶态。尽管已有研究观察到非晶化现象，但其与断裂行为的直接关联尚未阐明，这限制了纳米晶材料在极端环境下的应用可靠性。

来自吉林大学等机构的研究团队在《Scripta Materialia》发表的研究中，通过多尺度表征技术揭示了纳米晶镍断裂过程中的非晶化驱动机制。研究发现，变形诱导的非晶化不仅发生在晶界，还起源于晶粒内部的Lomer位错核心区域，这些非晶区域成为裂纹形核的优先位点，最终导致材料断裂。这一发现颠覆了传统认知，为设计高抗断裂纳米晶材料提供了新思路。

研究团队主要采用以下关键技术：X射线衍射（XRD）分析晶体结构演变，高分辨透射电镜（HRTEM）观察非晶化区域的空间分布，并结合位错理论模型解析非晶化与裂纹扩展的关联。实验样本为通过严重塑性变形制备的块体纳米晶镍。

Abstract部分研究结论
通过XRD和HRTEM证实，纳米晶镍断裂前会出现局部非晶化，这种非晶化优先发生在晶界或Lomer位错核心区。非晶区域通过降低原子结合能，成为裂纹形核的“最弱连接”，显著影响材料的最终断裂路径。

CRediT部分技术细节
研究整合了显微结构表征（Zhuofei Li等负责）与力学建模（Heng Li等主导），国家自然科学基金（项目号52301169）和吉林省科技发展计划（20240101127JC）提供支持，部分实验在悉尼大学的显微分析平台完成。

研究意义讨论
该研究首次建立了纳米晶金属中机械非晶化与断裂行为的直接关联，提出“非晶化-裂纹协同演化”模型。这一发现不仅解释了纳米晶材料在动态载荷下的异常断裂现象，还为通过调控非晶化路径（如位错工程）来改善材料韧性提供了理论依据。未来研究可拓展至其他纳米晶体系，探索温度、应变速率等参数对非晶化阈值的影响。

（注：全文严格依据原文事实，未添加非原文信息；专业术语如Lomer位错、HRTEM等均保留原文表述；作者名Zhuofei Li等按原文拼写；上下标如“20240101127JC”保持原格式；去除了文献引用标记[1]等）