5月8日，中國散裂中子源（CSNS）用戶香港大學機械工程系黃明欣教授團隊在《Science》在線發(fā)表題為《Making ultrastrong steel tough by grain-boundary delamination》的論文(DOI: 10.1126/science.aba9413)，論文體現了黃明欣團隊在高強高韌變形分配鋼（D&P鋼）的研發(fā)取得的重要進展，這也是CSNS首個在《Science》上發(fā)表的用戶實驗成果。
具有優(yōu)異性能的低成本合金材料一直以來都是汽車、航空及國防等工業(yè)發(fā)展的基礎與依靠。然而，材料的強度（承載能力）和斷裂韌性（抗斷裂能力）往往很難同時兼顧。黃明欣團隊近年來與CSNS通用粉末衍射儀（GPPD）團隊合作，對系列樣品進行了系統(tǒng)的表征與研究，以中子衍射為研究手段，深入研究亞穩(wěn)奧氏體、位錯這兩者在低成本D&P鋼斷裂行為中扮演的作用。
中子衍射具有高穿透能力、高分辨率、無損等優(yōu)勢，可用于分析具有織構等復雜材料的組織結構特征。在GPPD團隊的支持下，黃明欣團隊通過中子衍射譜有效獲得低成本D&P鋼的相體積分數和位錯密度等重要的微觀參數信息（圖1）。受GPPD數據等支持，黃明欣團隊開創(chuàng)性地提出高屈服強度誘發(fā)晶界分層開裂增韌新機制，打破了傳統(tǒng)的提高強度會降低材料斷裂韌性的認識。并且依據此新機制獲得了同時具備極高屈服強度（~2 GPa）、極佳韌性（102 MPa·m1/2）、良好延展性（19%的均勻延伸率）的低成本D&P鋼 （圖2）。
D&P鋼中的晶相存在大的畸變、缺陷、擇優(yōu)等，對中子衍射數據要求高，GPPD的高分辨率和良好衍射峰型保證了本研究所需的數據質量。同時，GPPD為消除擇優(yōu)等因素對數據分析的影響，為本類實驗專門設計了旋轉樣品桿。GPPD是中國散裂中子源首期期建設的三臺譜儀之一，自2018年運行開放以來，已經順利完成近90項用戶課題研究，多項用戶實驗成果已在Science、Nature Communication、Advanced Materials等期刊發(fā)表。
圖1超強鋼的中子衍射圖譜，在CSNS的GPPD獲得
圖2 （A）三維圖解模型描述了樣品加載方向與D&P鋼組織結構的關系。（B）工程應力應變曲線。（C）J-積分阻力曲線。
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