物质吸收能量是自然和人为过程的基础。然而，尽管这种材料无处不在，开发能够承受剧烈能量流而不降解的材料仍然是材料科学和工程领域的一项重大挑战。尽管最近在制造耐能量流的合金方面取得了进展，但减轻机械能吸收和转移造成的损害仍然是基础科学和技术应用中的一个关键障碍。当机械能通过冲击载荷传递给材料时，这一挑战尤其突出。

近日，陆军研究实验室B. C. Hornbuckle报道了一种现象，即微观结构稳定的纳米晶态 Cu-Ta 合金在多次冲击载荷冲击后可以发生位错结构的逆转或几乎完全恢复，这与任何其他已知的金属材料不同。这些合金的微观结构可以承受高达 12 GPa 的压力下反复的冲击波相互作用，而不会出现任何显著的微观结构损伤或劣化，显示出几乎不受冲击载荷有害影响的非凡能力。

文章要点

1）与传统金属不同，热机械稳定纳米晶态 Cu-Ta 合金在多次动态冲击载荷事件至高压状态时，表现出从累积的位错结构以及所造成的损伤中消散并表现出逆转或几乎完全恢复的能力。 这些合金的微观结构几乎不受冲击变形的影响。其他 NC 金属不太可能表现出这种行为，其微观结构在冲击载荷下会失去稳定性。

2）为了证明 Cu-Ta 合金的抗冲击性，软恢复样品在 12 GPa 的压力下受到反复冲击载荷。这些合金的微观结构，尤其是 Cu3Ta，在多次冲击载荷后几乎保持无损伤。相比之下，用于比较的 UFG Cu 表现出缺陷急剧扩散、损伤积累和快速晶粒生长，如高分辨率 STEM 成像所观察到的。时间分辨 APS 和 XRD 实验直接观察了冲击载荷后 Cu-3Ta 中的损伤恢复情况。

3）原子模拟证实了冲击波前沿的缺陷产生和快速微结构恢复，从而证实了实验结果。模拟还将 NC Cu-Ta 微结构承受严重压缩的能力与 Ta 纳米团簇的晶粒稳定作用联系起来。这项研究的成果对于设计用于许多技术应用的新型抗冲击材料具有重要意义。

参考文献

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