近日，大连理工大学机械工程学院在fcc合金纳米孪晶化机理方面取得重要进展，理论计算出fcc合金纳米孪晶化的临界应力为1.38 GPa，采用分子动力学模拟方法实现了fcc合金单晶形成纳米孪晶的演变过程，在原子尺度揭示了fcc合金纳米孪晶化的本质和起源。

6月10日，Nature系列期刊《Scientific Reports》报道了主要完成者张振宇研究员及其硕士生杨松的工作，题为“Deformation twinning evolution from a single crystal in a face-centered-cubic ternary alloy”, Scientific Reports, 5, 11290, (2015).

纳米孪晶由于在提高材料硬度的同时保持塑性，有效解决了原子嵌入和纳米晶方法提高硬度的同时损失塑性的难题，在工程领域具有重大的应用前景，因此受到先进制造、力学、材料、物理等领域的广泛关注，成为国际上的研究热点。

纳米孪晶的制造方法主要有脉冲沉积法、表面机械研磨法、表面机械碾压法、动态塑性变形法等，目前《Science》报道的记录仍然为2004年的硬度（屈服强度的3倍）提高10倍，保持塑性。11年来，国际上的科技工作者进行了大量的研究工作，均无法突破。2013年，机械工程学院研制出三元fcc合金的新型纳米孪晶结构《Scripta Materialia》68 (2013) 747，硬度较原单晶提高了100倍，保持塑性。

但是这种新型孪晶的孪晶化机理尚不清楚，大大限制了这种性能优异的纳米孪晶结构在工程领域的应用。揭示fcc单晶到纳米孪晶的演变过程非常困难，首先临界应力不清楚，其次三元镍基合金的势函数也鲜有报道，导致应力加载过程中三元fcc合金形成位错、层错、甚至碎裂，而不是形成具有高硬度和塑性的纳米孪晶。目前纳米孪晶的主要工作集中于单质铜，一般也是采用建立好的纳米孪晶模型进行计算。

本工作采用理论计算获得了fcc三元合金的临界应力为1.38 GPa，建立了分子动力学模型，用三元合金势函数进行了分子动力学模拟，采用应力诱导法获得了和实验结果一致的单向连续无晶界新型纳米孪晶结构。在加载的过程中形成了纳米孪晶，在卸载的过程中部分纳米孪晶解孪重新形成了单晶，并保留了大部分孪晶，解释了纳米孪晶硬度提高并保持塑性的根本原因，在原子尺度揭示了fcc三元合金纳米孪晶化的本质和起源。

研究工作得到国家自然科学基金委创新研究群体、重大研究计划集成项目、优秀青年基金，以及教育部新世纪优秀人才支持计划等基金的联合资助。