图1. 外表机械碾磨处理在金属镍中构成的超细晶结构(A)和纳米层片结构（B，C）。（D）为镍中不同微观结构的硬度与结构粗化温度联系，纳米层片结构（NL）兼具超高硬度和超高稳定性。
对金属资料来严峻塑性变形可明显细化其微观安排，使晶粒细化至亚微米（0.1~1微米）标准然后大幅度进步其强度。但进一步塑性变形时晶粒不再细化，资料微观结构趋于稳态到达极限晶粒标准，构成三维等轴状超细晶结构，绝大多数晶界为大角晶界。呈现这种极限晶粒标准的原因是位错增殖主导的晶粒细化与晶界搬迁主导的晶粒粗化相平衡，其实质是超细晶结构的稳定性随晶粒标准减小而下降所造成的。怎么打破这一晶粒标准极限，进一步细化微观安排，在持续进步金属资料强度的一起进步其结构稳定性，是当今纳米金属资料研讨面对的一个严重科学难题。
最近，中国科学院金属研讨所沈阳资料科学国家（联合）实验室卢柯研讨组在这一科学难题研讨上取得严重打破，他们使用自行研制的新式塑性变形技能（外表机械碾磨处理）在金属镍表层成功打破了这一晶粒标准极限，取得纳米级厚度并具有小角晶界的层片结构，一起发现这种纳米层片结构兼具超高硬度和耐热性。这种新式超硬超高稳定性金属纳米结构打破了传统金属资料的强度-稳定性倒置联系，为开发新一代高归纳功能纳米金属资料拓荒了新途径。
研讨标明，塑性变形过程中进步变形速率和变形梯度可有用进步位错增殖及贮存位错密度，然后促进晶粒细化进程。为此，卢柯研讨组使用外表机械碾磨处理在金属纯镍棒表层完成了高速剪切塑性变形，这种塑性变形可在资料最表层一起取得大应变量、高应变速率和高应变梯度。跟着距外表深度添加，应变量、应变速率和应变梯度呈梯度下降，构成呈梯度散布的微观结构。在间隔外表10~50微米深度构成了具有小角晶界的纳米层片结构，层片均匀厚度约为20 nm，比纯镍中的变形晶粒标准极限小一个数量级，其硬度高达6.4 GPa，远超于其他变形方法细化的纯镍硬度。丈量标明，纳米层片结构的结构粗化温度高达506℃，比同成分资料超细晶结构晶粒粗化温度高40℃。纳米标准的层片厚度是超高硬度的实质原因，而高热稳定性源于其间的平直小角晶界和强变形织构。这种新式超硬超高稳定性金属纳米结构有望在工程资猜中得到应用以供给其耐磨性和疲惫功能。
