塑性变形制备纳米金属材料的稳定性研究

发布时间：2023-01-30 16:11

　　金属材料中晶粒尺寸减小,材料的强度和硬度显著增加,其原因是随着晶粒尺寸的减小,材料中引入了大量晶界,位错运动受到的阻碍增大,材料变形困难。随着纳米晶体材料的研究逐渐深入,人们发现,相对粗晶材料而言,纳米晶体材料由于存在高密度晶界,在较低的温度下就会发生晶粒粗化,进而失去优异的性能,例如,在室温下Cu、Ag、Al等纳米金属就会发生明显的晶粒粗化。纳米晶体材料本征热稳定性差已成为其“阿喀琉斯之踵”,极大地限制了其应用前景,特别是高温应用方面。不仅如此,纳米金属在塑性变形过程中易发生机械驱动晶粒长大,如拉伸、压缩、扭转、疲劳等过程中均观察到明显的晶粒长大现象,导致纳米金属材料在使役过程中容易失效;由于塑性变形过程中容易发生晶粒长大使得晶粒尺寸难以细化至100 nm以下,所以机械驱动晶粒长大行为也极大地限制了纳米金属材料的制备。本工作采用塑性变形法制备出晶粒尺寸呈梯度分布的纳米晶纯Cu和Ni样品,系统研究了平均晶粒尺寸不同得纳米晶及超细晶在等温退火时的热稳定性,对样品微观结构进行了表征并阐明了纳米晶热稳定性的晶粒尺寸效应及其原因。此外,本工作还研究了梯度纳米晶纯Cu、Ag、Ni样品在准静态拉伸... 

【文章页数】：143 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 纳米结构晶体材料概述
        1.1.1 纳米结构晶体材料的定义及分类
        1.1.2 纳米结构晶体材料的制备
        1.1.3 梯度纳米结构材料简述
    1.2 纳米结构晶体材料晶界结构与晶界能量
        1.2.1 纳米晶晶界结构
        1.2.2 晶界能量
        1.2.3 晶界可动性
    1.3 纳米结构晶体材料热稳定性
        1.3.1 纳米晶热稳定性表现
        1.3.2 热驱动纳米晶粒长大
        1.3.3 提高纳米结构晶体材料热稳定性的方法
    1.4 纳米结构晶体材料机械稳定性
        1.4.1 纳米晶塑性变形机制
        1.4.2 机械驱动纳米晶粒长大
        1.4.3 提高纳米结构晶体材料机械稳定性的方法
    1.5 本论文工作意义、目的及主要内容
第2章 样品制备与实验方法
    2.1 样品制备
    2.2 微观结构表征
        2.2.1 激光共聚焦显微镜观察(CLSM)
        2.2.2 扫描电子显微镜分析(SEM)
        2.2.3 电子背散射衍射分析(EBSD)
        2.2.4 透射电子显微镜(TEM)及能谱分析(EDS)
    2.3 热分析
    2.4 力学性能测试
        2.4.1 显微硬度测试
        2.4.2 纳米压痕测试
        2.4.3 单向拉伸实验
第3章 表面机械碾磨制备纳米金属材料热稳定性
    3.1 引言
    3.2 纳米晶Cu热稳定性的晶粒尺寸效应
        3.2.1 表面机械碾磨制备纳米晶Cu微观结构
        3.2.2 表面机械碾磨制备纳米晶Cu热稳定性
        3.2.3 纳米晶Cu热稳定性影响因素
        3.2.4 纳米晶Cu热稳定性提高的微观机制
    3.3 纳米晶Ni热稳定性的晶粒尺寸效应
        3.3.1 表面机械碾磨制备纳米晶Ni微观结构
        3.3.2 表面机械碾磨制备纳米晶Ni热稳定性
        3.3.3 讨论
    3.4 本章小结
第4章 表面机械碾磨制备纳米金属材料机械稳定性
    4.1 引言
    4.2 纳米晶Cu机械稳定性的晶粒尺寸效应
        4.2.1 表面机械碾磨制备纳米晶Cu微观结构
        4.2.2 表面机械碾磨制备梯度纳米晶Cu拉伸行为
        4.2.3 表面机械碾磨制备纳米晶Cu机械稳定性
        4.2.4 分析与讨论
    4.3 纳米晶Ag、Ni机械稳定性的晶粒尺寸效应
        4.3.1 表面机械碾磨制备纳米晶Ag、Ni微观结构
        4.3.2 表面机械碾磨制备纳米晶Ag、Ni机械稳定性
        4.3.3 讨论
    4.4 本章小结
第5章 全文总结
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]梯度纳米结构材料[J]. 卢柯.  金属学报. 2015(01)
[2]映像力对高纯铝自由表面附近位错组态的影响[J]. 李东,毛卫民,余永宁.  北京科技大学学报. 2007(11)



本文编号：3733230