近期，中科院合肥研究院固體所內耗與固體缺陷研究部方前鋒研究員團隊在金屬材料再結晶行為的內耗研究方面取得了新進展，通過探究連續升溫再結晶過程與等溫再結晶過程的內在聯系，建立了通過連續升溫內耗量測科技確定再結晶溫度的方法，拓寬了內耗科技在金屬材料領域的應用。相關研究成果發表在Journal of Alloys and Compounds上。
塑性變形是提高金屬材料力學效能（如强度、硬度等）的重要手段。然而，變形資料在高溫下會發生再結晶過程，從而降低資料的强度和硬度。另一方面，通過再結晶退火能够消除冷變形引起的位錯、空位、亞晶界等結構缺陷，這也是工業上控制金屬材料組織和效能的有效方法。囙此，確定再結晶溫度對金屬材料的生產加工和工業應用具有重要意義。傳統的再結晶溫度測定方法主要有金相法和硬度法，均需要對一系列樣品在不同溫度下進行一定時間的退火處理後，觀察樣品晶粒尺寸變化或量測樣品硬度變化來測定再結晶溫度。這些傳統方法存在操作繁瑣、試驗週期長、材料成本高等不足。現時的研究表明，利用內耗科技對固體缺陷非常敏感的優勢，可以探究變形金屬的再結晶過程。然而，儘管連續升溫再結晶內耗峰可以表徵變形資料發生了再結晶過程，但該內耗峰峰溫與等溫退火過程確定的經典再結晶溫度有很大的不同。
鑒於此，固體所科研人員研究了變形純鋁在連續升溫過程中的再結晶行為，發現再結晶內耗峰隨著升溫速率的新增向高溫移動，但與測試頻率無關；並利用Kissinger方程（圖1）和連續升溫再結晶模型，討論和計算熱啟動參數。進一步結合硬度法評定的等溫再結晶溫度，找到了連續升溫再結晶內耗峰溫與等溫再結晶溫度的等效方法，即通過先前連續升溫內耗量測所獲得的Kissinger方程，代入特定的升溫速率，即可得到相應保溫時間的經典再結晶溫度。同時，研究人員對高純鋁再結晶內耗峰的形成機理進行了分析（圖2），且提出了相應的內耗運算式。
該項研究建立的基於連續升溫內耗量測科技確定金屬材料再結晶溫度的方法，只需要進行三次甚至兩次連續升溫內耗量測，即僅需三個或兩個樣品，這比經典的等溫方法所需樣品數量少了一個數量級。此外，這種採用內耗科技來評估再結晶溫度的方法也可以推廣到其它金屬如銅合金、鋼鐵等資料體系。
上述工作得到國家重點研發計畫、國家自然科學基金以及合肥研究院院長基金的支持。
論文連結：https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161984。
圖1.連續升溫內耗峰溫確定的Kissinger圖（方塊）和等溫法確定的再結晶溫度（三角）。
圖2.再結晶內耗峰形成機理分析。