5月8日，中國散裂中子源(CSNS)用戶香港大學(xué)機(jī)械工程系黃明欣教授團(tuán)隊(duì)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)。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(yàn)收，9月底正式對(duì)中外用戶開放。

中國散裂中子源是國家“十一五”期間重點(diǎn)建設(shè)的十二大科學(xué)裝置之首，將為中國材料科學(xué)技術(shù)、物理、化學(xué)化工、生命科學(xué)、資源環(huán)境和新能源等提供一個(gè)先進(jìn)、功能強(qiáng)大的科研平臺(tái)，由中科院和廣東省政府共建，總投資約23億元人民幣。

論文體現(xiàn)了黃明欣團(tuán)隊(duì)在高強(qiáng)高韌變形分配鋼(D&P鋼)的研發(fā)取得的重要進(jìn)展，這也是CSNS首個(gè)在Science上發(fā)表的用戶實(shí)驗(yàn)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(chǔ)與依靠。

然而，材料的強(qiáng)度(承載能力)和斷裂韌性(抗斷裂能力)往往很難同時(shí)兼顧。

黃明欣團(tuán)隊(duì)近年來與CSNS通用粉末衍射儀(GPPD)團(tuán)隊(duì)合作，對(duì)系列樣品進(jìn)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(cuò)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(shì)，可用于分析具有織構(gòu)等復(fù)雜材料的組織結(jié)構(gòu)特征。在GPPD團(tuán)隊(duì)的支持下，黃明欣團(tuán)隊(duì)通過中子衍射譜有效獲得低成本D&P鋼的相體積分?jǐn)?shù)和位錯(cuò)密度等重要的微觀參數(shù)信息(圖1)。

受GPPD數(shù)據(jù)等支持，黃明欣團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)性地提出高屈服強(qiáng)度誘發(fā)晶界分層開裂增韌新機(jī)制，打破了傳統(tǒng)的提高強(qiáng)度會(huì)降低材料斷裂韌性的認(rèn)識(shí)。并且依據(jù)此新機(jī)制獲得了同時(shí)具備極高屈服強(qiáng)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(duì)中子衍射數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)質(zhì)量。

同時(shí)，GPPD為消除擇優(yōu)等因素對(duì)數(shù)據(jù)分析的影響，為本類實(shí)驗(yàn)專門設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)樣品桿。

GPPD是中國散裂中子源首期期建設(shè)的三臺(tái)譜儀之一，自2018年運(yùn)行開放以來，已經(jīng)順利完成近90項(xiàng)用戶課題研究，多項(xiàng)用戶實(shí)驗(yàn)成果已在Science、Nature Communication、Advanced Materials等期刊發(fā)表。