孪晶片层结构在室温轧制过程中的微观结构演变

研究了一种具有纳米孪晶片层结构的电解沉积铜的微观结构特征及其在室温轧制形变后的微观结构演变.结果表明,电解沉积制备的纯铜样品由柱状晶组成,柱状品内含有平行于样品沉积表面的纳米量级厚度的高密度孪晶片层结构,在孪晶界上缺陷很少,为共格孪晶界.形变后,孪晶片层的微观结构特征与片层厚度密切相关.粗大的孪品片层的形变行为以全位错运动为主,而细小的孪晶片层的形变行为以肖克莱(Shockley)位错在孪晶界上的滑移为主,从而导致几个纳米厚的超细孪晶片层消失.     

TiN纳米晶材料烧结规律研究

采用直流电弧氮等离子体蒸发─凝聚法制备了纯度大于９８％粒径可控的高纯ＴｉＮ纳米粉末。并通过原位加压，制得了纳米晶固体材料。探索了不同温度下ＴｉＮ纳米晶材料的晶粒尺寸和密度的变化规律。探讨了烧结过程中它的致密化过程。结果表明，温度较低时（＜１１００℃），晶粒长大不明显，密度提高不大。温度升高（＞１１００℃）．晶粒长大迅速，密度明显增大。同时，常温下ＴｉＮ纳米晶材料断面不平坦，有“类团聚体”存在，它对ＴｉＮ纳米晶材料的烧结致密化有重要影响。     

晶界偏析以及界面相和纳米晶材料力学性能的调控

介绍晶界偏析理论并总结了三种经典平衡偏析理论模型，简述晶界偏析工程理论和晶界偏析对材料力学性能的影响、讨论晶界偏析与界面相的关系并详细阐述了“界面相”。根据原子尺度界面结构特征将界面相分为六类，介绍了由晶界热力学决定的界面相转变。界面相转变后在晶界处形成新结构，而新界面结构根据其不同性质既可能提高材料性能，也可能产生不利的影响。晶界处的Ⅵ型界面相(如非晶晶间膜)抑制裂纹形核和降低晶界损伤，而削弱晶界处原子键强度的Ⅱ型界面相和Ⅲ型界面相(如Ni合金晶界处成分为Bi的双原子层界面相)产生晶界脆化。同时，纳米晶金属材料的强度高但是热稳定性和塑性较差，一直是研究的热点。界面相使晶界能显著降低和钉扎晶界而优于晶界偏析，因此界面相能显著提高纳米晶金属材料的热稳定性。而非晶晶间膜(Ⅵ型界面相)作为位错的形核点和吸收体，可提高纳米材料的延展性。同时，非晶晶间膜能提高晶界抗剪切能力，抑制纳米晶金属材料的晶粒滑动和旋转，从而进一步提高纳米晶金属材料的强塑性。最后，总结了晶界偏析和界面相对材料性能的调控并展望了以后的发展。     

用非晶晶化法制备纳米合金

纳米晶体是近年来发展起来的一种超细晶粒(1—50nm)材料~([1])。由于晶粒极小,因而晶界比例增大,当晶粒尺寸为5nm 时,晶界的原子数与晶粒内部相当。对晶界结构的初步研究表明~([2]),纳米晶材料具有特殊的界面结构—类气态结构,由此可以推断,这种材料可能具有一系列特殊的物理、化学、力学和电磁学性能。正因为如此,纳米晶材料的制备、结构和性能研究已成为当前极为活跃的一个新领域。     

晶粒尺寸对Cu-30%Zn合金形变孪晶厚度的影响

对于面心立方结构的纳米金属,晶粒尺寸对孪生厚度(孪生核)的影响虽已有研究,但仍有待深入。本论文以Cu-30%Zn合金为模型材料,通过高压扭转变形技术、等径角挤压连同轧制技术变形得到晶粒尺寸在5~500nm的样品。透射电子显微镜观察发现:变形孪晶的片层厚度随晶粒尺寸的减小而减小,当晶粒尺寸小于20nm以后,孪晶厚度为(111)晶面间距(层错);另外,层错存在于各个不同尺寸范围的晶粒内,表明层错不受晶粒尺寸影响。研究结果表明在低层错能超细晶材料中,孪生变形是通过从晶界连续发射不全位错(层错)形成的。     

纳米多晶铝压缩塑性力学行为分子动力学研究

目的 研究纳米多晶铝在不同温度与应变速率下的力学响应与塑性变形行为以及不同变形条件下的塑性力学行为。方法 通过ATOMSK软件构建了晶粒取向随机的纳米多晶铝模型,利用LAMMPS软件在300～700 K温度以及1×10⁹、5×10⁹、1×10¹⁰、1×10¹¹ s^-1应变速率下完成了纳米多晶铝的压缩模拟,借助后处理OVITO软件对模拟结果进行了分析。结果 随温度的升高,晶界原子所占比例增大,纳米多晶铝的弹性模量逐渐下降,在压缩过程中总位错密度随温度的升高而增大。随着应变速率的增大,材料硬化速率增加,纳米多晶铝表现出更高的屈服强度。当应变速率较低时,位错大量存在于小晶粒之中,且中央大晶粒相较于初始位置旋转了20°。当应变速率达到1×10¹¹ s^-1时,材料的硬化速率极大提高,且在晶粒内部出现了孪晶。在塑性变形过程中,1/6<112>(不全位错)的数量最多,在位错运动中占主导地位。结论 温度升高导致材料弹性模量降低,这主要是由...     

硼掺杂对金刚石薄膜生长特性的影响

采用HFCVD方法制备了掺硼金刚石薄膜,通过扫描电子显微镜和X射线衍射光谱对样品的表面形貌及结构进行了分析.结果表明,随着硼含量的增加,薄膜中晶粒的取向由(100)变为(111),然后趋向于无序化.硼的掺入同样影响到孪晶晶粒的形态及生长因子α,使得α变小.通过对样品的Raman光谱分析,得出在适当的硼掺杂浓度下,孪晶的出现使金刚石薄膜中的应力得到松弛,从而中心声子线Raman位移红移较小.     

激光选区熔化与轧制Inconel 625合金的微观组织与高温氧化性能研究

为了进一步揭示增材制造对金属材料的微观组织与高温氧化性能的影响规律,本文采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能量色散谱、电子背散射衍射和X射线衍射等方法,对比研究了轧制态与激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)制备的 Inconel 625合金垂直和平行于成形方向横截面(XY和XZ面)的微观结构,并探究了两种合金在900 ℃下的高温氧化性能。研究表明,SLM制备的合金与传统轧制合金的显微组织存在明显区别:轧制合金呈等轴晶,晶粒尺寸为(15±2.5) μm,具有更多的大角度晶界和较大的位错密度;SLM制备的合金呈多晶结构,主要由胞状晶与柱状晶组成,晶粒尺寸不均匀,其中胞状晶晶粒尺寸为0.2~2 μm,位错密度较小,呈现高度织构化特征;XRD结果表明,SLM并未改变合金的物相,SLM与轧制成形 Inconel 625合金由γ-Ni相组成。SLM合金的XY面和XZ面的晶粒取向存在较大差别,其中XZ面的晶粒取向为(001)。在900 ℃下,SLM合金的氧化速率更高,这种高氧化速率导致氧化膜致密性差,在SLM合金的亚表层区域形成空洞。轧制Inconel 625合金的抗氧化性能优于SLM合金,这主要归因于轧制合金具有更多的位错与孪晶。     

Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金高压扭转过程中的组织结构演变

对面心立方(FCC)结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金进行不同应变量的高压扭转实验,利用维氏硬度仪、电子背散射衍射、X射线衍射仪以及透射电镜系统分析变形引起的组织结构演变。结果表明:高压扭转过程中合金晶体结构并未发生改变,仍然保持为FCC结构,但引发其晶粒纳米化,平均晶粒尺寸达到30nm。晶粒细化主要是通过孪晶(包含初次孪晶与二次孪晶)、去孪晶(包含初次去孪晶与二次去孪晶)以及孪晶界分割晶粒的过程实现。孪晶和随后去孪晶的竞争作用导致孪晶宽度先减小后增大,初次孪晶和二次孪晶的最小宽度分别为2.7nm和0.9nm。     

柱状多晶Mg-Gd-Y合金形变组织演变及形变硬化机制

利用定向凝固技术制备了生长取向集中于■、基面〈a〉滑移取向因子(Schmidfactor, SF)大于0.4的柱状多晶Mg-6.38Gd-0.45Y合金,并研究了实验合金室温拉伸形变行为。结果表明,形变初期,软取向柱状晶内首先启动■拉伸孪生协调应变。形变过程中■,拉伸孪晶界快速、大范围扩展,吞噬基体并使基体取向逐渐转为■,于是启动■压缩孪生和■双孪生协调应变。压缩孪晶和双孪晶易形成压缩孪晶带群,并贯穿整个晶粒,滑移或扩展的位错及拉伸孪晶界与压缩孪晶带群交织在一起,产生形变硬化,提高合金强度的同时也形成应力高度集中分布区域,成为微裂纹形成之地。     

超音速微粒轰击45钢表面纳米化的研究

采用超音速微粒轰击技术(SFPB)对由铁素体和珠光体组成的45钢进行表面纳米化处理,在材料表面制备了纳米结构表层,利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等分析技术研究了表面纳米结构层不同深度的微观组织结构特征.研究表明:经SFPB处理后,材料表层发生了严重的塑性变形,形成了由铁素体和渗碳体组成的纳米结构层;随着处理时间的增加纳米结构层的厚度由几微米增加到15 μm(晶粒尺寸＜100 nm);在材料的最表层形成了晶粒尺寸约15 nm的具有随机取向的等轴晶,纳米晶粒尺寸随着距表面距离的增加增大;在距表面约为15 μm处,存在平均晶粒尺寸约100 nm的等轴晶和具有相近尺寸的胞状结构;在约30 μm处,大量的高密度位错墙分别将铁素体相和珠光体相分割成尺寸在200～500 nm的胞状结构.分析表明45钢表面纳米化主要是位错运动的结果.     

EBSD半原位研究双模晶粒分布铜的变形机理

本实验通过等温退火(200℃)等径角挤压(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)制备的超细晶铜获得了双模晶粒分布(Bimodal)的铜样品。力学性能测试显示该双模晶粒分布铜样品具有很好的强度和塑性的综合性能(屈服强度225MPa,断裂延伸率20%)。进而利用电子背散射衍射(EBSD)技术研究了同一微观区域在拉伸应变分别为0%、3%、8%、14%时的微观结构信息,发现在拉伸过程中,部分超细晶晶粒和再结晶粗晶晶粒均发生了转动,粗晶晶粒内部出现了较大的局部应变以及亚晶界。此外,拉伸过程中伴随着部分退火孪晶的消失和小角晶界的增多,导致拉伸后平均晶粒尺寸下降。     

超细晶粒对纳晶材料断裂韧性的影响

为了研究纳米晶体材料的断裂韧性,该文建立了一个包含两种晶粒的材料模型:超细晶粒(2nm~4nm)和普通纳晶晶粒(20nm~100nm)。超细晶粒可以看作普通纳晶晶粒三晶交的组成部分,并称包含超细晶粒的三晶交为超级三晶交,且均匀地分布在普通纳晶的基体中。裂纹尖端的应力集中会引起晶间滑移,晶间滑移又会导致超级三晶交处刃型位错的产生。该文研究了超级三晶交处的位错对临界应力强度因子的影响,结果表明超细晶粒的存在有效地提高了纳米晶体材料的断裂韧性。     

形变诱发纳米晶局域固态非晶化的研究进展

形变诱发纳米晶金属材料局域固态非晶化转变是近年来提出的获得局域固态非晶化组织的一种新途径,这种转变机制使得以位错、变形孪晶、晶界滑动和晶粒转动为主要变形机制的纳米晶材料中可能存在一种全新的塑性变形机制,并且,局域固态非晶化的临界转变条件和转变机制可为材料的结构优化设计提供依据。概括了国内外实验及数值模拟手段关于形变诱发局域固态非晶化转变的研究,例如采用机械球磨、高压扭转变形、经典力场和分子动力学等方法,证明了形变诱发局域固态非晶化转变的存在。此外,还分析了发生局域固态非晶化转变的内在机制。基于晶体相场模型的优势,提出用该方法模拟局域固态非晶化转变的突出之处,表明了晶体相场法能够有效研究局域固态非晶化转变过程。     

块体择优取向纳米孪晶铜的优异抗疲劳裂纹扩展性能（英文）

本文研究了具有不同微观结构(如晶粒尺寸和孪晶厚度)的块体择优取向纳米孪晶Cu(NT-Cu)的疲劳裂纹扩展(FCG)特性,着重讨论了裂纹闭合效应和近门槛值区域的本征FCG阻力.与传统无孪晶的粗晶Cu相比, NT-Cu样品表现出显著提升的疲劳裂纹扩展抗力(有效门槛值应力强度因子范围,?K_th,eff).这种增强的裂纹扩展阻力与NT-Cu中特殊的跨孪晶位错滑移模式有关.该位错主导着NT-Cu裂纹尖端的循环变形,有效降低了裂纹尖端循环滑移不可逆水平,从而提高了纳米孪晶材料损伤扩展的本征抗力.     

消息报道

高强高导电性纳米孪晶纯铜研制成功　　最近,中科院金属研究所利用纳米尺寸的孪晶强化金属的新途径,成功研制出超高强度和高导电性纳米孪晶纯铜。据悉,使用纳米材料研制出的这种超高强度和高导电性孪晶纯铜,是过去在任何材料中均无法实现的。科研人员采用脉冲电解沉积技术制备出具有高密度纳米尺寸生长孪晶的纯铜薄膜,通过工艺过程研究调整样品的晶粒尺寸、孪晶厚度及其分布、结构状态等,获得了具有超高强度和高导电性的纯铜样品,其拉伸强度高达普通纯铜的10倍以上,达到高强度钢或铜晶须的强度水平,而室温电导率与无氧高导铜相当。强度和导…     

纳米陶瓷TiO2的制备和特性

本文论述了用惰性气体原位加压法制备纳咪级ＴｉＯ２粉体，并探讨了几种烧结方法中的工艺参数影响，研究了纳米晶的特性和超塑性机理。     

纳米结构金属位错的研究进展

综述了国内外近年来对纳米结构金属位错的研究,包括位错的基本特征、研究方法以及定量分析.由于晶粒尺寸的减小,全位错的形成和运动变得困难甚至不可能,纳米结构金属更容易生成不全位错.在高分辨TEM图像观察实验中发现了大量孪晶或层错,也证实了不全位错的存在.着重讨论了晶界发射不全位错的形核、增殖以及在塑性变形过程中所起的作用.研究了纳米结构金属中的位错动力学,采用分子动力学模拟和高分辨透射电镜方法从不同层面上揭示了位错的形核、增殖、运动以及相互作用等过程.最后简单介绍了位错柏氏矢量以及密度的相关定量分析,其相关参数的表征对进一步弄清纳米结构金属的塑性变形机制具有重要意义.     

TWIP钢在高温ECAP过程中的微观组织及孪晶行为研究

本研究通过等径通道挤压(ECAP)对孪晶诱导塑性变形钢(TWIP钢)在300℃下进行了晶粒细化,并运用金相显微镜、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)观察了经不同道次挤压后TWIP钢的晶粒、孪晶形貌及位错组织。结果表明,在均匀化退火状态下,试样晶粒基本呈现等轴状态,通过测微尺测量晶粒尺寸,约为(90±30)μm。在1道次挤压后,晶粒沿剪切方向显著伸长,并有尺寸较小的新晶粒产生,许多形变孪晶在剪切带中产生。2道次挤压后新产生的细小晶粒增多,并开始产生许多微孪晶,孪晶易于在晶界处产生。经过4道次等径通道挤压,晶粒逐渐细化至超细晶状态,晶粒尺寸达到0.3~1μm,孪晶厚度随挤压道次的增多而不断减小,甚至达到几十纳米。在不同晶粒尺寸下,TWIP钢在高温ECAP过程中产生孪晶的机理不同。     

冷轧多晶铜与多晶铝形变显微组织演变的研究

采用ＴＥＭ对冷轧多晶铜与多晶铝的形变显微组织演谱进行了对比研究,多晶铜及多晶铝形变显微组织中均含有三类典型的位错结构类型,其中的两种结构特征在两种材料中是相似的,这两种类型结构存在于非立方取向晶粒,可通过晶粒中位错边界的晶体学取向加以区别,另一类型结构存在于立方取向晶粒;晶粒的晶体学取向决定了其形变显微组织类型,但其它冶金学因素对显微组织也有影响。