异质结构铜的制备及力学行为研究
发布时间：2021-09-04 15:44
纯铜是柔软的金属,红橙色带金属光泽、延展性好、导热性和导电性高,因此在各个领域被广泛应用。但是纯铜强度低、耐磨性差,导致其越来越无法满足当今各个领域对材料高性能的需求。传统的材料强化方式在提高材料强度的同时会导致塑性急剧降低,这使得材料综合力学性能提高并不明显,实用性很低。所以,如何使纯铜强度提高的同时塑性又不产生大幅度下降是研究的重点所在。近年来异质结构（Heterogeneous Structure）的提出为材料拥有优异的强度和塑性提供了新的研究方向。在异质结构中,软区域和硬区域（例如,小晶粒和大晶粒）混合在一起,软区域比硬区域发生更大的塑性变形,因此塑性变形梯度增加。这种塑性变形梯度的调整需要存储几何必须位错来维持,这些几何必须位错的存在有助于加工硬化,从而提高材料整体的强度和塑性。本文通过表面机械研磨（Surface Mechanical Attrition Treatment,SMAT）处理制备异质结构铜,所有样品均进行SMAT处理15 min。通过控制样品的厚度和单、双面SMAT处理工艺制备了3mm-Cu-Dual、4mm-Cu-Dual、5mm-Cu-Dual、1.5mm...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
核壳结构微观组织图[41]
昆明理工大学硕士学位论文5图1.1核壳结构微观组织图[41]Fig.1.1Core-shellmicrostructuremap[41]（2）双峰晶粒最近的研究成果表明，Wang等人[42]在Cu中设计出一种晶粒尺寸双峰分布[34]的异质结构，在小于200nm的超细晶中随机引入体积分数为25%，晶粒尺寸为微米级的晶粒。其制备工艺为先采用低温轧制使晶粒进行细化，随后进行退火产生二次再结晶使新晶粒不正常长大，如图1.2所示。结果表明，这种双峰晶粒（Bimodalgrains）试样的力学性能与均质的粗晶试样相比，在屈服强度大幅度提升的同时均匀延伸率达到了30%，具有较高的应变硬化率。图1.2双峰晶粒微观组织图[42]Fig.1.2Bimodalgrainsmicrostructuremap[42]
昆明理工大学硕士学位论文6（3）分散纳米域分散纳米域材料（Dispersednanodomains）是Wu等人[43]所研发的一种新型异质纳米结构，如图1.3所示，这种异质结构是通过脉冲电镀的方法在粗晶镍基体上制备许多直径约为7nm且与基体具有少量晶体取向偏差（＜15°）纳米级镍微区的材料。这些分散的纳米级镍微区所占的体积分数很小，不足总体积的3%，但是数量很多，彼此靠近，由此构想设计出的异质结构可以使材料获得高强度、高塑性、高应变硬化等理想的力学性能。这是因为数量众多的纳米级镍微区之间彼此靠近，提高了位错在基体间运动的阻力，导致位错的运动受到阻碍并且相互之间产生碰撞。这种对位错运动的阻碍使得位错在粗晶镍基体中大量聚集存贮，提高了材料的应变硬化率，保持良好塑性。同时大量纳米级镍微区界面之间有高度集中的位错源和位错，产生了很高的位错强化来提高材料的强度，每组位错在一个离散的区域边界中已经被隔离成为一个相对较低的能量结构，所以在塑性变形和位错储存过程中，即使是小角度晶界也保持相当稳定。“Ni纳米域”系统是一个特殊的例子，因为纳米级的微观结构控制一般难度较高，不易得到。但是此系统为异质结构材料的设计提供了重要的思路，为了设计一种具有优异力学性能的异质结构材料不仅仅需要建立位错障碍同时也要留出足够的空间，让多重位错累积[44,45]起来。图1.3分散纳米域材料微观组织图[43]Fig.1.3Dispersednanodomainsmicrostructuremap[43]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cu-30Ni合金机械冲击表面纳米化组织和性能（英文）[J]. 毛向阳,李东阳,王章忠,赵秀明,蔡璐. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(06)
[2]一种细晶强化金属材料新方法的研究[J]. 李静媛,黄佩武,任学平,陈雨来. 轻合金加工技术. 2007(08)
[3]金属材料细晶强化工艺综述[J]. 于朝清. 电工材料. 2006(03)
[4]基于图像相关分析的砂土模型试验变形场量测[J]. 李元海,朱合华,上野胜利,望月秋利. 岩土工程学报. 2004(01)
本文编号：3383546
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
核壳结构微观组织图[41]
昆明理工大学硕士学位论文5图1.1核壳结构微观组织图[41]Fig.1.1Core-shellmicrostructuremap[41]（2）双峰晶粒最近的研究成果表明，Wang等人[42]在Cu中设计出一种晶粒尺寸双峰分布[34]的异质结构，在小于200nm的超细晶中随机引入体积分数为25%，晶粒尺寸为微米级的晶粒。其制备工艺为先采用低温轧制使晶粒进行细化，随后进行退火产生二次再结晶使新晶粒不正常长大，如图1.2所示。结果表明，这种双峰晶粒（Bimodalgrains）试样的力学性能与均质的粗晶试样相比，在屈服强度大幅度提升的同时均匀延伸率达到了30%，具有较高的应变硬化率。图1.2双峰晶粒微观组织图[42]Fig.1.2Bimodalgrainsmicrostructuremap[42]
昆明理工大学硕士学位论文6（3）分散纳米域分散纳米域材料（Dispersednanodomains）是Wu等人[43]所研发的一种新型异质纳米结构，如图1.3所示，这种异质结构是通过脉冲电镀的方法在粗晶镍基体上制备许多直径约为7nm且与基体具有少量晶体取向偏差（＜15°）纳米级镍微区的材料。这些分散的纳米级镍微区所占的体积分数很小，不足总体积的3%，但是数量很多，彼此靠近，由此构想设计出的异质结构可以使材料获得高强度、高塑性、高应变硬化等理想的力学性能。这是因为数量众多的纳米级镍微区之间彼此靠近，提高了位错在基体间运动的阻力，导致位错的运动受到阻碍并且相互之间产生碰撞。这种对位错运动的阻碍使得位错在粗晶镍基体中大量聚集存贮，提高了材料的应变硬化率，保持良好塑性。同时大量纳米级镍微区界面之间有高度集中的位错源和位错，产生了很高的位错强化来提高材料的强度，每组位错在一个离散的区域边界中已经被隔离成为一个相对较低的能量结构，所以在塑性变形和位错储存过程中，即使是小角度晶界也保持相当稳定。“Ni纳米域”系统是一个特殊的例子，因为纳米级的微观结构控制一般难度较高，不易得到。但是此系统为异质结构材料的设计提供了重要的思路，为了设计一种具有优异力学性能的异质结构材料不仅仅需要建立位错障碍同时也要留出足够的空间，让多重位错累积[44,45]起来。图1.3分散纳米域材料微观组织图[43]Fig.1.3Dispersednanodomainsmicrostructuremap[43]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cu-30Ni合金机械冲击表面纳米化组织和性能（英文）[J]. 毛向阳,李东阳,王章忠,赵秀明,蔡璐. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(06)
[2]一种细晶强化金属材料新方法的研究[J]. 李静媛,黄佩武,任学平,陈雨来. 轻合金加工技术. 2007(08)
[3]金属材料细晶强化工艺综述[J]. 于朝清. 电工材料. 2006(03)
[4]基于图像相关分析的砂土模型试验变形场量测[J]. 李元海,朱合华,上野胜利,望月秋利. 岩土工程学报. 2004(01)
本文编号：3383546
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3383546.html
