中國散裂中子源用戶實驗成果首次在Science發表
來源：中國科學院高能物理研究所
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）的研發取得的重要進展，這也是CSNS首個在Science上發表的用戶實驗成果。
具有優異性能的低成本合金材料一直以來都是汽車、航空及國防等工業發展的基礎與依靠。
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的表徵與研究，以中子衍射為研究手段，深入研究亞穩奧氏體、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、高解析度、無損等優勢，可用於分析具有織構等複雜材料的組織結構特徵。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，黃明欣團隊開創性地提出高屈服強度誘發晶界分層開裂增韌新機制，打破了傳統的提高強度會降低材料斷裂韌性的認識。並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、擇優等，對中子衍射數據要求高，GPPD的高解析度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台譜儀之一，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載入方向與D&P鋼組織結構的關係。（B）工程應力應變曲線。（C）J-積分阻力曲線。
中國散裂中子源是國家「十一五」期間重點建設的十二大科學裝置之首，將為中國材料科學技術、物理、化學化工、生命科學、資源環境和新能源等提供一個先進、功能強大的科研平台，由中科院和廣東省政府共建，總投資約23億元人民幣。
中國散裂中子源工程2011年10月奠基，2017年8月首次打靶成功，順利獲得中子束流，2018年8月下旬通過國家驗收，9月底正式對中外用戶開放。
