多晶Nb的纳米压痕研究

晶界硬化和滑移越过晶界传播的机制是材料变形研究中的两个重要问题，纳米压痕技术是研究滑移与晶界关系的有效手段之一．本文利用这一技术研究了多晶Nb晶界附近的变形行为，结果表明，当压痕打在一些晶界附近时，诱导了一种位移突变现象即晶界pop-in现象．与对应于材料初始塑性的pop—in不同，这种晶界pop-in现象与晶界二侧晶粒取向差密切相关．晶界pop—in与晶界附近硬度的变化无明显关联．     

Ag－Cu纳米合金的微观结构

利用高分辨电镜（ＨＲＥＭ）对气相凝聚法制备的Ａｇ１－ｘＣｕｘ（０．０５≤ｘ≤０．４０）纳米合金样品中的微观结构进行了研究．结果表明，在所有合金样品中，都没有观察到明显的界面亚稳相的形成，且晶界具有有序的原子结构样品中两组元的等轴纳米晶粒分布均匀，但随着Ｃｕ含量的增加，Ｃｕ颗粒出现明显的偏聚和粗化；与稳定相相比，富Ａｇ和富Ｃｕ相的点阵常数没有发生显著的变化．     

纳米多晶Ni微观结构与力学性能的分子动力学模拟

运用分子动力学技术,结合分析型嵌入原子方法(AEAM)模拟计算了平均晶粒尺寸为2.09～5.23 nm的纳米多晶Ni的微观结构和力学性能.从原子能量分布、径向分布函数(RDF)、局域晶序结构的角度分析了纳米多晶Ni的晶界和晶粒结构,发现晶界部分所占的比例随晶粒尺寸的减小明显提高,结构与普通微晶的相似,纳米晶体的结合能较普通晶体的低.单向拉伸模拟结果表明:纳米多晶Ni的强度与晶粒尺寸之间出现反常Hall-Petch关系;弹性模量的降低与纳米尺度结构特征相关.     

Ag—Cu纳米合金的微观结构

利用高分辨电镜（ＨＲＥＭ）对气相凝聚法制备的Ａｇ１－ｘＣｕｘ（０．０５≤ｘ≤０．４０）纳米合金样品中的微观结构进行了研究．结果表明，在所有合金样品中，都没有观察到明显的界面亚稳相的形成，且晶界具有有序的原子结构样品中两组元的等轴纳米晶粒分布均匀，但随着Ｃｕ含量的增加，Ｃｕ颗粒出现明显的偏聚和粗化；与稳定相相比，富Ａｇ和富Ｃｕ相的点阵常数没有发生显著的变化．     

重轨表面轧辊粘钢压痕缺陷研究

针对河北钢铁集团邯钢公司大型轧钢厂重轨生产过程中轧辊粘钢压痕缺陷问题,对其类型、主要缺陷成因及其治理进行了深入研究。结果表明：轧辊粘钢压痕缺陷约占重轨表面缺陷的70%,对百米轨合格率指标影响较大;其中UF轧机平辊轨底内侧粘钢压痕缺陷约占42%以上,是轧辊粘钢压痕缺陷的主要类型,其成因为UF轧机水平辊与轨底立辊对轧件施加轧制力,在轨底内侧双斜线交汇处连接弧部位形成了最大局部挤压力,导致辊面氧化膜薄弱点被破坏而发生局部粘钢;另外,U₂轧机平辊轨腹粘钢压痕缺陷约占38%以上,是轧辊粘钢压痕缺陷另一主要类型,其成因为轧件咬入位置和咬入冲击力发生变化而失稳,轧件前尖在咬入U₂轧机时,其接触点温度较低、变形抗力较大,刺破U₂轧机平辊轨腹部位的辊面氧化膜而发生局部粘钢,当粘结不牢固轧辊旋转1～2周即掉落时则形成非周期性缺陷,当粘结牢固始终附着在辊面不掉落时则形成周期性缺陷。针对该两类主要缺陷的成因制定了窄域石墨间隔防粘钢方案、局部润滑及辊面清洁方案,并研发、投用了专用装置,有效解决了辊面局部粘钢问题,轧辊粘钢压痕缺陷得到了大幅改善,达...     

纳米结构Cu/C复合材料的微观结构及性能

采用新型机械合金化-放电等离子烧结(MA-SPS)技术制备纳米结构Cu/C自润滑复合材料。利用XRD、DSC、TEM分析机械合金化粉末和SPS烧结样品的相组成和微观结构。结果表明,球磨24h后,Cu-C不互溶体系形成了纳米晶铜、非晶碳和纳米结构过饱和固溶体等亚稳相。SPS烧结后,Cu/C复合材料仍保持纳米结构。MA-SPS的双重活化机制,使粉末的烧结活性大大提高,在600℃烧结3min即可获得致密的纳米结构Cu/C复合材料。     

聚苯乙烯薄膜表面粘弹性行为的纳米压痕研究

目的通过研究聚苯乙烯薄膜不同深度下的加载力曲线,分析得到其随着深度的不同而导致测量硬度和模量的差异,研究聚苯乙烯薄膜表面粘弹性行为,从而为高分子薄膜受限效应的理论和应用探索提供参考和借鉴。方法采用纳米压痕方法对聚苯乙烯薄膜样品(厚度约500 nm)进行了系列纳米压痕测量与分析。结果加载速率较低时,其加载曲线与P-h~2关系会发生不同程度的偏离。加载速率为0.01、0.02、0.03、0.06、0.1 mN/s时,P-h~2关系中的指数从1.609逐渐增大到1.628。通过在最大载荷时保载60 s,得到了压入深度随时间变化的关系,进而计算得到蠕变柔量,并根据Zener模型拟合得到压入深度为300~400 nm时,薄膜样品存在具有不同粘弹性的两种结构。而根据不同压入深度的卸载曲线,得到样品的硬度和折合弹性模量都在压入深度约为200~400 nm的区域存在粘弹性的非均匀现象。结论在不同压入深度处存在两种不同的粘弹性结构,根据当前人们普遍接受的高分子薄膜层模型,这两种结构分别对应聚苯乙烯薄膜样品的自由表面层和本体层。     

超高强度钢表面微观结构缺陷的无损检测技术研究

通过对超高强度钢表面微观结构缺陷的无损检测技术研究，结合我公司某型飞机前起落架外筒在使用过程中所出现的问题而开展的巴克豪森方法的实际检测应用，对超高强度结构钢零件表面完整性的检测，作了一些有益的研究与探索，并取得了一定的经验，这些经验为今后更有效的检测该种材料的关键特性、表面完整性和预测出零件的疲劳寿命奠定了基础。     

基于分子动力学单晶硅的纳米压痕过程研究

基于分子动力学的基本理论,在微纳米尺度下建立了单晶硅的纳米压痕分子动力学模型。研究了在纳米压痕过程中单晶硅基体的变形机理、势能变化和温度变化。研究发现:在纳米压痕过程中基体上出现了位错、空位及滑移带,基体两侧有凸起现象。当压头撤离时,基体与压头间存在颈缩现象。在系统达到平衡时系统的势能出现不同,这是因为原子位错运动使得系统增加的势能小于压头原子所做的功。温度的变化与位错变形的程度相关,位错变形越剧烈系统温度升高的越快。     

多晶柱状Cu膜的表面粗化与织构

用磁控溅射工艺分别在Si和Al2O3衬底上沉积两种不同织构组分的多晶柱状Cu膜,基于动力学标度方法表征两种薄膜的表面粗化特征．结果表明,Cu（111）取向晶粒组分多的薄膜的生长指数较大、表面粗化速率较快．对于较低温度下沉积的多晶柱状薄膜,基于其晶粒几何形态和弱化的晶界限制的特点,提出了一种表面粗化机制,认为薄膜的表面粗化主要依赖于其晶粒表面的粗化过程,而薄膜织构决定了薄膜表面粗化速率．     

冲击合成金刚石的纳米级多晶结构

冲击合成的金刚石微粉中存在一种晶粒沿一定方向排列的纳米级织构组织。织构晶粒的尺寸厚度为５～１０ｎｍ，长度２０～５０ｎｍ。这种织构通常是立方和六方金刚石的共生晶体。     

纳米压痕法测定NiTi形状记忆合金表面氧化膜纳米硬度和弹性模量

利用高温氧化制备NiTi形状记忆合金表面氧化膜;并采用纳米压痕法测量氧化膜的纳米硬度和弹性模量。结果表明:当氧化处理时间为2、4 h时,随着氧化处理温度的升高,氧化膜纳米硬度和弹性模量先减小后显著提高,峰值约为700℃,随后降低;当衬底温度在600、700℃时,处理时间都存在一个阀值,分别是4、2 h,超过这个阀值以后,氧化膜的纳米硬度和弹性模量都会随着时间的增加而显著增大;氧化处理时间对氧化膜抗塑性(H/E及H~3/E~2)的影响不显著。     

基于纳米压痕法分析无铅焊点内Cu6Sn5金属化合物的力学性能

采用纳米压痕技术对微电子封装中无铅焊点内界面化合物(IMC) Cu6Sn5的弹性模量和硬度进行了测试.根据实际工业工艺流程和服役工况,制备接近真实服役状态下的微电子封装中无铅焊点界面化合物试样;采用扫描电镜(SEM)和能量色散X射线荧光光谱仪(EDX)确定IMC的形貌和化学成分;利用连续刚度测量(CSM)技术,采用不同的加载速率对无铅焊点(Sn3.0Ag0.5Cu、Sn0.7Cu和Sn3.5Ag)内的界面化合物Cu6Sn5进行测量,得到载荷、硬度和弹性模量-位移曲线.根据纳米压痕结果确定Cu6Sn5的蠕变应力指数.     

纳米压痕法测量Cu的室温蠕变速率敏感指数

介绍一种测量室温蠕变速率敏感指数m的新方法。即通过纳米压痕仪精确测量压头的压入位移h和材料的硬度值来计算m值。用该法分别测得单晶Cu(123)压痕蠕变的m的平均值约为0.0045;多晶Cu和纳米晶Cu(晶粒尺寸为30nm)的m的平均值分别为0.007和0.0094。压痕蠕变曲线与传统的单轴蠕变曲线十分相似;室温m的平均值与加载条件无关,而由材料的微观结构决定。     

基于纳米压痕实验拟合表面纳米化AZ91D镁合金弹塑性本构关系

为研究AZ91D镁合金的力学行为,采用纳米压痕技术,测得随深度连续变化的载荷-位移曲线;根据Olive算法,利用接触刚度连续测量(CSM)技术,分别得到AZ91D镁合金纳米层和基体的硬度和弹性模量。建立二维有限元模型,考虑Berkovich压头和样品之间存在摩擦,对Antunes提出的反分析法进行优化,通过正向分析(纳米压痕实验)和反向分析(数值模拟)的对比,得到特征应力、特征应变、应变强化因子,继而确定初始屈服应力,得到表面纳米化后AZ91D镁合金纳米层和基体的弹塑性幂函数本构关系。     

堆焊层预压力滚压表面纳米化层的微观结构

利用场发射扫描电镜、高分辨透射电镜和表面三维形貌仪对经预压力滚压表面纳米化处理的堆焊层的表面微观结构进行研究。结果表明,用中锰焊丝在Cr-Ni合金钢表面制备堆焊层,经滚压加工后,零件表面粗糙度明显降低,零件表面层形成厚度约10μm的明显塑性变形层;在最表层形成了平均晶粒尺寸约10 nm的具有随机取向的等轴晶,纳米晶粒的尺寸随距表面距离增加而增大;在距表面为10~15μm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。预压力滚压加工在提高表面光洁度同时,能够有效地将堆焊层的树枝状晶细化为纳米晶。     

纳米压痕实验中单晶Cu初始塑性变形的准连续介质模拟

采用准连续介质方法模拟了纳米压痕实验中单晶Cu初始塑性变形过程．采用3种不同宽度的纳米尺度压头,得到了载荷压痕位移关系曲线,确定了3种不同宽度压痕下位错发射的临界载荷．临界载荷的大小与能量理论的预测结果基本一致．通过对压头下方位移场的分析,揭示了加载过程中位错形核的力学特征和微观结构特征;得到了压头下方几何必需位错密度增加的一般规律．定性地分析了卸载过程中位错的运动与湮灭．     

冲击合成金刚石中的纳米级多晶结构

冲击合成的金刚石微粉中存在一种晶粒沿一定方向排列的纳米级织构组织。织构晶粒的尺寸厚度为5～10nm,长度20～50nm。这种织构通常是立方和六方金刚石的共生晶体。     

基于分子动力学模拟的纳米压痕技术研究进展

纳米压痕技术是一门在微观尺度上测量材料力学性能的新兴技术,分子动力学模拟则可对抛光、超声振动、激光加工等工艺过程进行仿真,在研究加工过程中材料受微观粒子挤压、划擦及冲击等而变化的力学性能机理方面具有显著优势,故总结了分子动力学模拟和纳米压痕技术的基本原理,对采用分子动力学模拟研究纳米压痕技术的现状进行了综述。两种先进技术的有机结合,将极大地促进材料在微观尺度下的研究进程。     

电解液温度对直流电解沉积纳米孪晶Cu微观结构的影响

通过控制直流电解沉积电解液温度制备出不同微观结构的块体纳米孪晶Cu样品。结果表明,当电解液温度由313 K降低至293 K,纳米孪晶Cu的平均晶粒尺寸由27.6 mm减小至2.8 mm,平均孪晶片层厚度由111 nm减小至28 nm。电化学测试表明,降低温度减缓了纳米孪晶Cu沉积的电化学过程,使阴极过电位增大,引起晶粒和孪晶的形核率增加,从而使晶粒尺寸和孪晶片层厚度同时减小。