金属学报  2011, Vol. 47 Issue (2): 246-250    DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00405

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Cu/Nb纳米金属多层膜延性及断裂行为的尺寸效应

张欣 张金钰 刘刚 张国君 孙军

西安交通大学金属材料强度国家重点实验室, 西安 710049

LENGTH SCALE DEPENDENT DUCTILITY AND FRACTURE BEHAVIOR OF Cu/Nb NANOSTRUCTURED METALLIC MULTILAYERS

ZHANG Xin, ZHANG Jinyu, LIU Gang, ZHANG Guojun, SUN Jun

State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049

张欣 张金钰 刘刚 张国君 孙军. Cu/Nb纳米金属多层膜延性及断裂行为的尺寸效应[J]. 金属学报, 2011, 47(2): 246-250.
, , , , . LENGTH SCALE DEPENDENT DUCTILITY AND FRACTURE BEHAVIOR OF Cu/Nb NANOSTRUCTURED METALLIC MULTILAYERS[J]. Acta Metall Sin, 2011, 47(2): 246-250.

摘要 参考文献 相关文章 Metrics 全文: PDF(744 KB)   摘要: 通过单轴拉伸实验并结合原位电阻测量法系统研究了恒定调制比下调制波长(λ=10-250 nm)对聚酰亚胺基体上Cu/Nb纳米金属多层膜延性和断裂韧性的影响. 微观分析表明, Cu/Nb的调制结构清晰, 不存在明显的互混现象. 实验结果表明, 随着调制波长的减小, 多层膜的延性和断裂韧性均呈现非单调演变趋势, 在调制波长为50 nm左右出现峰值. 这是由于随着层厚的变化, 脆性Nb层内起始微裂纹扩展能力和延性Cu层抑制裂纹扩展能力这两个因素之间的相互竞争关系变化引起的. 采用断裂力学理论对这种竞争关系及其引起的延性和断裂韧性非单调变化趋势进行了定性分析. 关键词 ： 纳米多层膜,  调制波长,  延性,  断裂韧性     Abstract：By using uniaxial tensile test combining the $in~situ$ electrical resistance change method, the influence of modulation period with a wide range spanning from 10 to 250 nm on the ductility and fracture toughness of Cu/Nb nanostructured metallic multilayers on polyimide substrate was measured. The microstructural analysis revealed that the modulation structure of Cu/Nb metallic multilayers was clear and no intermixing between Cu and Nb was been found by using line scanning analysis. The experimental results indicated that both ductility and fracture toughness of the multilayer film exhibited a nonmonotonic change with decreasing modulation period, and reached maximum values at a critical modulation period of about 50 nm. This was attributed to the competing effect between the size of the microcracks initiated in the Nb layer and the role of the Cu layer in blocking crack propagation. This competing effect was qualitatively assessed on basis of fracture mechanics. Key words： nanostructured multilayers    modulation period    ductility    fracture toughness 收稿日期: 2010-08-13      ZTFLH:  TG113   基金资助: 国家重点基础研究规划项目2010CB631003和国家自然科学基金项目50971097资助 作者简介: 张欣, 女, 1987年生, 硕士生 服务 把本文推荐给朋友 加入引用管理器 E-mail Alert RSS 作者相关文章 张欣 张金钰 刘刚 张国君 孙军 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/10.3724/SP.J.1037.2010.00405      或      https://www.ams.org.cn/CN/Y2011/V47/I2/246 [1] Spearing S M. Acta Mater, 2000; 48: 179 [2] Suo Z G, Vlassak J, Wagner S. China Particuology, 2005; 3: 321 [3] Bakonyi I, P´eter L. Prog Mater Sci, 2010; 55(3): 107 [4] Was G S, Foecke T. Thin Solid Films, 1996; 286: 1 [5] Misra A, Krug H. Adv Eng Mater, 2001; 3(4): 217 [6] Misra A, Hirth J P, Hoagland R G. Acta Mater, 2005; 53: 4817 [7] Phillips M A, Clemens B M, Nix W D. Acta Mater, 2003; 51: 3171 [8] Huang H B, Spaepen F. Acta Mater, 2000; 48: 3261 [9] Mara N A, Bhattacharyya D, Hoagland R G, Misra A. Scr Mater, 2008; 58: 874 [10] Niu R M, Liu G, Wang C, Zhang G, Ding X D. Appl Phys Lett, 2007; 90: 161907 [11] Li Y P, Tan J, Zhang G P. Scr Mater, 2008; 59: 1226 [12] Li Y P, Zhang G P. Acta Mater, 2010; 58: 3877 [13] Zhu X F, Li Y P, Zhang G P, Tan J, Liu Y. Appl Phys Lett, 2008; 92: 161905 [14] Yu D Y W, Spaepen F. J Appl Phys, 2004; 95: 2991 [15] Zhang J Y, Zhang X, Liu G, Zhang G J, Sun J. Scr Mater, 2010; 63: 101 [16] Hertzberg R W. Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials. New York: John Wiley, 1989: 15 [17] Dundurs J, Bogy D B. J Appl Mech, 1969; 36: 650 [18] Jr Beuth J L. Int J Solids Struct, 1992; 29: 1657 [1] 谷瑞成, 张健, 张明阳, 刘艳艳, 王绍钢, 焦大, 刘增乾, 张哲峰. 三维互穿结构SiC晶须骨架增强镁基复合材料制备及其力学性能[J]. 金属学报, 2022, 58(7): 857-867. [2] 胡晨, 潘帅, 黄明欣. 高强高韧异质结构温轧TWIP钢[J]. 金属学报, 2022, 58(11): 1519-1526. [3] 陈瑞润, 陈德志, 王琪, 王墅, 周哲丞, 丁宏升, 傅恒志. Nb-Si基超高温合金及其定向凝固工艺的研究进展[J]. 金属学报, 2021, 57(9): 1141-1154. [4] 李一哲, 龚宝明, 刘秀国, 王东坡, 邓彩艳. 面外拘束效应对单边缺口拉伸试样断裂韧性的影响[J]. 金属学报, 2018, 54(12): 1785-1791. [5] 王尧,朱晓莹,刘贵民,杜军. Cu/Ni和Cu/Nb纳米多层膜的应变率敏感性[J]. 金属学报, 2017, 53(2): 183-191. [6] 冯祥利,王磊,刘杨. Q460钢焊接接头组织及动态断裂行为的研究*[J]. 金属学报, 2016, 52(7): 787-796. [7] 沈勇,徐坚. Zr46.9Cu45.5Al5.6Y2.0金属玻璃含B2-CuZr相内生复合材料的制备及其力学性能*[J]. 金属学报, 2015, 51(11): 1407-1415. [8] 安荣, 田艳红, 孔令超, 王春青, 常帅. 自支撑Ti/Al纳米多层膜激光诱发自蔓延行为*[J]. 金属学报, 2014, 50(8): 937-943. [9] 朱振东,徐坚. Cu56Hf27Ti17块体金属玻璃的缺口韧性[J]. 金属学报, 2013, 49(8): 969-975. [10] 毕宗岳,杨军,牛靖,张建勋. X100高强管线钢焊接接头的断裂韧性[J]. 金属学报, 2013, 49(5): 576-582. [11] 孙茜,王晓南,章顺虎,杜林秀,邸洪双. 显微组织对新型热轧纳米析出强化钢断裂韧性的影响[J]. 金属学报, 2013, 49(12): 1501-1507. [12] 贾晓娇 张军 苏海军 宋衎 刘林 傅恒志. 激光悬浮区熔Al2O3基共晶自生复合材料微观组织与力学性能[J]. 金属学报, 2012, 48(12): 1479-1486. [13] 马跃 苏航 潘涛 余音宏 杨才福 张永权 彭云. 中高碳钢中复合延性夹杂物控制研究[J]. 金属学报, 2012, 48(11): 1321-1328. [14] 马跃 潘涛 江波 崔银会 苏航 彭云. S含量对高速车轮钢断裂韧性影响的研究[J]. 金属学报, 2011, 47(8): 978-983. [15] 张金钰 张欣 牛佳佳 刘刚 张国君 孙军. Cu/X(X=Cr, Nb)纳米多层膜力/电学性能的尺度依赖性[J]. 金属学报, 2011, 47(10): 1348-1354. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed