二维纳米片层钽的力学性能及热稳定性研究

发布时间：2020-09-15 11:06

　　 本文利用等径角变形(ECAP)和单向轧制复合工艺对纯钽进行塑性变形,通过控制挤压道次、轧制压下量及轧制温度等变形条件来获得片层宽度为40-200 nm的纳米片层纯钽。通过电子背散射衍射技术、透射电子显微镜分析技术等对纯钽的纳米片层组织进行了表征,对在不同变形条件下制备的纳米片层组织的演变规律进行了研究;通过硬度测试、拉伸试验及纳米压痕试验表征了纳米片层组织的力学性能;并研究了加工工艺、显微组织对纳米片层结构的热稳定性的影响。结果显示,4道次ECAP变形后纯钽变形组织的小角度晶界的取向差在轧制过程中不断增加,导致了大角度晶界分数的上升;8道次ECAP变形后纯钽变形组织的大角度晶界分数已经饱和,在后续轧制过程中的织构强度的显著增加导致了其大角度晶界分数不断减小。研究表明,8道次A方式ECAP变形复合液氮温度下的单向轧制工艺制备的块体纳米片层纯钽,具有最小的片层宽度。随着轧制压下量的增加,纳米片层宽度不断细化,90%轧制压下量时纳米片层宽度甚至细化至43nm左右。但在轧制过程中,纯钽的片层宽度与理论计算值之间存在一定的偏差。当轧制压下量较小时,位错增殖、塞积并缠结形成位错胞结构,贡献了额外的细化作用,导致片层宽度小于理论值;当轧制压下量较大时,回复作用对于纳米片层宽度的影响起主导作用,导致实际纳米片层宽度比理论预测值高。纳米片层纯钽的屈服强度及显微硬度随着纳米片层宽度减小而增加,而断裂延伸率、应变速率敏感性指数则随着纳米片层宽度减小而降低。当片层宽度细化至1OOnm以下时,纳米片层纯钽的显微硬度及屈服强度这两个性能与片层宽度的关系均偏离了 Hall-Petch关系,拉伸断口显示断裂模式从韧性断裂转变为脆性断裂,断裂延伸率显著下降。随着轧制压下量的增加,8道次ECAP变形+液氮温度下轧制的纳米片层纯钽的织构强度不断增加,小角度晶界分数增加,热稳定性随之提高,90%轧制压下量下再结晶温度比相同条件下20%压下量轧制后获得的纳米片层纯钽高了约100℃,并且再结晶晶粒随着退火前累积变形量的增加而减小。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG146.416;TG115
【部分图文】：

ＥＣＡＰ的原理是将样品放入具有相同的截面尺寸并轴线相交成一定角度的两个通道逡逑中，施加一定的挤压力从而使试样在两通道交叉处产生纯剪切变形，从而实现细化晶粒逡逑的目的，图１．１是ＥＣＡＰ模具示意图［１５］。模具内角为（Ｄ，模具外角为中。由于挤压通道逡逑的截面尺寸相同，材料经过ＥＣＡＰ变形前后的尺寸不产生改变，所以可以对材料施加多逡逑道次的变形，从而使材料累积很大的应变量，对于晶粒细化的作用明显。逡逑ｒ逡逑图１．１邋ＥＣＡＰ模具示意图［〗５］逡逑２逡逑

开发出了邋ＨＰＴ的设备［２５］并且成功将ＨＰＴ运用在了一些金属和合金上［２５，２６］，推动了邋ＨＰＴ逡逑制备超细晶和纳米晶材料的发展。逡逑ＨＰＴ技术的工作原理［２７］如图１．４所示。ＨＰＴ的模具主体部分为冲头和下模。将圆形逡逑的薄片样品放置在冲头和下模之间，在室温或者加热到一定温度后，对冲头施加一定的逡逑压力，然后下方模具发生转动。样品与模具之间的摩擦力使样品在等静水压力下发生剪逡逑切变形，从而获得晶粒细化效果。由于样品在模具内发生剪切变形时形状不发生改变，逡逑因此通过增加转动的周次就可以获得极大的剪切应变量，ＨＰＴ变形过程中的等效应变量逡逑的计算公式［２８１可以表示为：逡逑ＩｔｉＮｖ逡逑（Ｌ３）逡逑其中：Ａ为样品厚度，／Ｖ为冲头旋转周次，ｒ为圆盘形状样品的半径。逡逑４逡逑

ｃ邋Ｙ邋□，□，□，□，□逡逑２邋□□□□□□□□□逡逑图１．３不同路径ＥＣＡＰ变形后材料各个表面组织形状Ｗ】逡逑ＥＣＡＰ技术的加工工艺较为简单，具有合适的剪切变形，并且适合此技术的材料范逡逑围非常广，是一种理想的晶粒细化方法。逡逑１．２．２高压扭转逡逑高压扭转（Ｈｉｇｈ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｔｏｒｓｉｏｎ，邋ＨＰＴ）起初是由Ｂｒｉｄｇｍａｎ教授在上世纪４０年代的著逡逑作［２￣中论述的一种材料组织细化理论。上世纪８０年代随着俄罗斯的学者们根据该理论逡逑开发出了邋ＨＰＴ的设备［２５］并且成功将ＨＰＴ运用在了一些金属和合金上［２５，２６］，推动了邋ＨＰＴ逡逑制备超细晶和纳米晶材料的发展。逡逑ＨＰＴ技术的工作原理［２７］如图１．４所示。ＨＰＴ的模具主体部分为冲头和下模。将圆形逡逑的薄片样品放置在冲头和下模之间，在室温或者加热到一定温度后，对冲头施加一定的逡逑压力，然后下方模具发生转动。样品与模具之间的摩擦力使样品在等静水压力下发生剪逡逑切变形，从而获得晶粒细化效果。由于样品在模具内发生剪切变形时形状不发生改变，逡逑因此通过增加转动的周次就可以获得极大的剪切应变量

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本文编号：2818884