小尺度鎳納米晶體材料力學(xué)性能研究.pdf

1、納米晶體金屬有著獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)性能，其變形機(jī)制是國(guó)際納米結(jié)構(gòu)材料研究領(lǐng)域的重要前沿方向之一。納米尺度的晶粒結(jié)構(gòu)使得位錯(cuò)產(chǎn)生和移動(dòng)都變得相當(dāng)困難，粗晶中位錯(cuò)主導(dǎo)的塑性變形機(jī)制不再適用于納米材料。在傳統(tǒng)塑性的載體一位錯(cuò)受限乃至缺席的情況下，晶體會(huì)以什么方式發(fā)生變形?納米晶體力學(xué)性能的研究，可以加深目前對(duì)晶體缺陷和變形機(jī)制的認(rèn)識(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)和改進(jìn)納米材料有著重要指導(dǎo)意義。
　　 透射電鏡由于具有原子尺度分辨率，是納米晶體力學(xué)變形機(jī)

2、制研究的重要工具。但是由于室溫納米晶體低的加工硬化能力，力卸載之后位錯(cuò)難以儲(chǔ)存在晶粒內(nèi)部，使得后位透射電鏡研究有很大的困難。因此，能夠?qū)崟r(shí)記錄整個(gè)變形過(guò)程中結(jié)構(gòu)變化的原位實(shí)驗(yàn)在納米晶體原子尺度的結(jié)構(gòu)演變研究中有著重要的意義。
　　 目前基于商業(yè)拉伸樣品桿的原位實(shí)驗(yàn)只能單軸傾轉(zhuǎn)，在納米晶體研究中僅能得到衍襯像，而難以獲得原子尺度的演變過(guò)程。本論文利用自主創(chuàng)新的透射電鏡原位拉伸方法，實(shí)現(xiàn)了雙軸傾轉(zhuǎn)原位拉伸。本論文以電沉積制備的納米晶

3、體鎳為研究對(duì)象，使用聚焦離子束制備出了納米尺寸的拉伸樣品，并實(shí)現(xiàn)了高分辨透射電子顯微鏡中的原位單軸拉伸實(shí)驗(yàn)，研究了納米晶體在納米尺度的室溫力學(xué)行為以及應(yīng)力場(chǎng)作用下原子尺度的演變過(guò)程。
　　 本論文報(bào)道了在原位實(shí)驗(yàn)中觀察到的小尺度納米晶體大塑性變形行為，其塑性伸長(zhǎng)量可以達(dá)到90％以上。在拉伸過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了大量形變孿晶的形成和運(yùn)動(dòng)，我們將其劃分為三個(gè)力學(xué)變形階段：形變孿晶形成階段，形變孿晶相對(duì)滑移階段和單根形變孿晶塑性伸長(zhǎng)階段。首先

4、受力區(qū)域出現(xiàn)平行的形變孿晶，隨后這些形變孿晶發(fā)生相對(duì)滑移，直到中間只剩一根孿晶時(shí)，滑移受阻，開始對(duì)中間單根孿晶拉伸，直至斷裂。形成的形變孿晶以束集的形式存在，并且在變形過(guò)程中，在孿晶界周圍發(fā)現(xiàn)了大量的位錯(cuò)、偏位錯(cuò)、層錯(cuò)和微孿晶。孿晶界在應(yīng)力作用下也發(fā)生變化，主要表現(xiàn)在與位錯(cuò)相互作用后孿晶界的彎折、扭曲和最終消失。
　　 這一形變孿晶主導(dǎo)的塑性變形現(xiàn)象可能預(yù)示著納米晶體新的孿晶機(jī)制和變形機(jī)制。首先，形變孿晶在晶界處大量平行的形成，