近日，我校冶金工程学院夏文真教授在国际权威期刊《Acta Materialia》上发表金属材料摩擦领域最新研究成果。《Acta Materialia》为JCR一区期刊，影响因子9.209。我校为论文第一单位，夏文真教授为论文的第一作者和通讯作者，德国马普钢铁所Steffen Brinckmann资格教授为共同通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金青年基金、德国科学基金会基金等项目的支持，也得到了德国马普钢铁所Gerhard Dehm教授、Piyush Pramod Patil博士、刘畅研究员的帮助。

当前，通过原位电镜摩擦实验，开展对单个粗糙峰下金属材料摩擦性能与其微观组织结构演变关系及机理研究是金属摩擦学前沿研究领域之一。然而，由于传统扫描和透射电镜原位摩擦实验方法依然存在不足之处，面心立方金属在摩擦过程中水平位错墙和晶粒细化摩擦层的形成规律及机理等摩擦学关键科学问题尚未得到完全解决。本研究通过借鉴扫描电镜原位微柱压缩实验思路，设计了一种新的微观划痕实验方法，通过聚焦离子束技术在晶粒内部和晶界上制备微墙并在其上表面进行滑动实验。此实验方法合理简化了摩擦塑性变形区内的应力场，解决了通过传统原位扫描电镜和非原位微观划痕实验无法直接原位观察亚表层塑性变形的问题，同时避免了原位透射电镜滑动实验所面临的制样难度大、应力场失真和实验操作难度大等问题。基于此新的微墙划痕实验方法，直接观察在摩擦表面下方的塑性变形行为，再结合先进微观组织结构表征，解决了在微观摩擦条件下面心立方金属摩擦变形初始阶段微观组织结构演变规律及机理的问题。

（目标晶粒的EBSD图和FIB制备的微墙斜视图）

（含孪晶界微墙变形后SEM图）

（微墙变形后IPF图和KAM图）

（微墙变形后TEM和TKD图）

研究人员利用聚焦离子束技术（FIB）在奥氏体不锈钢的单个晶粒内部和含有孪晶界的双晶（bi-grains）上制备出了一系列的微墙，其宽度约为1.7µm、长度约为20µm、深度约为12µm。之后，使用尖端半径为5µm的楔形压头在非原位纳米压痕设备KLA G200上进行了划痕实验。经过对划痕试样的表征与分析，发现在单道次微墙划痕实验中出现了宏观实验中类似的位错墙，充分地验证了新设计的微观摩擦实验方法的可行性和合理性。此外，实验的研究成果表明：位错墙的形成和长大行为取决于摩擦方向（晶粒取向和划痕方向）；细小晶粒在位错墙处形成；孪晶界强烈地影响位错墙行为，并改变孪晶界附近的局部塑性。研究成果不仅为提供微型元器件减磨耐磨性能设计奠定理论基础，深化了对工程金属宏观摩擦磨损的基本认识。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118670

（撰稿：夏文真审核：黄贞益张苒杜飞）