Please wait a minute...
ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
当期目录 More>>
  2014年, 第50卷, 第2期 刊出日期:2014-02-20 上一期    下一期
选择: 合并摘要
纳米孪晶金属塑性变形机制*
卢磊, 尤泽升
金属学报. 2014, 50 (2): 129-136.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00697
摘要   HTML   PDF (2381KB)

本文综述了纳米孪晶金属材料的塑性变形机制. 通过分析纳米孪晶二维结构变形时可启动的滑移位错类型, 揭示纳米孪晶金属塑性变形的3种位错机制, 即位错塞积并穿过孪晶界机制, Shockley不全位错诱导孪晶界迁移机制以及贯穿位错在孪晶片层内受限滑移机制. 通过改变加载方向与孪晶界面的相对取向可实现这3类位错机制的可控转变.

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
金属强度的尺寸效应*
黄晓旭
金属学报. 2014, 50 (2): 137-140.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2014.00016
摘要   HTML   PDF (1370KB)

简要综述了金属强度的晶粒尺寸效应和样品尺寸效应的研究历史和现状, 揭示了它们的基本强化机制分别是增加位错运动的阻力和增加位错产生的难度. 在一些纳米金属中发现这2种机制同时起作用, 从而指出利用这2种机制调控纳米金属强塑性的可能性. 这种可能性在纳米纯Al中得到了验证.

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
纳米结构金属材料的塑性变形制备技术*
陶乃镕, 卢柯
金属学报. 2014, 50 (2): 141-147.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00803
摘要   HTML   PDF (2183KB)

本文总结了制备纳米结构金属材料的塑性变形技术, 包括大应变量变形技术(冷轧、累积叠轧、等通道挤压和高压扭转)、高应变速率变形技术(动态塑性变形)和高应变梯度变形技术(表面机械研磨和表面机械碾压), 分析了变形方式及变形参数对晶粒细化的影响规律, 展望了利用塑性变形技术制备纳米结构金属材料的发展趋势及挑战.

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
高性能铜系层状金属材料设计: 纳米尺度下强化能力与韧化能力思考*
张广平, 朱晓飞
金属学报. 2014, 50 (2): 148-155.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00680
摘要   HTML   PDF (1118KB)

对近年来国内外在纳米层状金属材料的强化能力及其尺度与界面效应、塑性形变行为及稳定性等基本规律的研究进展进行了系统的总结, 并对纳米层状材料的强化能力与韧化能力进行了深入的探讨. 最后, 对纳米层状金属材料的强化与韧化能力中的关键科学问题及未来研究进行了展望.

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
剧烈塑性变形对块体纳米金属材料结构和力学性能的影响*
倪颂, 廖晓舟, 朱运田
金属学报. 2014, 50 (2): 156-168.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00616
摘要   HTML   PDF (6342KB)

综述了剧烈塑性变形引起的块体纳米金属材料的结构和力学性能演变. 以电化学沉积法制备的fcc结构纳米晶Ni-20%Fe (质量分数)合金为研究对象, 通过对其进行不同应变量的高压扭转实验, 系统分析了变形引起的结构和力学性能演变. 结构表征结果表明: (1) 变形引发纳米晶Ni-Fe合金晶粒旋转, 实现晶粒长大. 同时, 晶粒长大过程伴随着位错密度、孪晶密度的演变; (2) 存在一个最有利于变形孪晶生成的晶粒尺寸范围(45~100 nm), 在这个晶粒尺寸范围之外, 去孪晶起主导作用使原有的生长孪晶或变形孪晶消失; (3) 位错密度是影响位错与孪晶反应的新的影响因素. 当发生孪晶的晶粒内位错密度低时, 位错可完全穿过孪晶界, 部分穿过孪晶界, 或被孪晶界吸收; 发生孪晶的晶粒内位错密度高时, 大量位错缠绕并堆积在孪晶界附近, 形成应力集中, 破坏孪晶界原有的共格性. 为释放局部应力, 将从孪晶界的另一侧发射不全位错形成层错和二次孪晶; (4) 在塑性变形导致的晶粒长大过程中, 原先偏聚于消失了的晶界上的C和S沿残留晶界扩散并继续偏聚于晶界上. 结构与力学性能关系结果表明: 随着应变量的增加, 应变强化、应变软化交替出现. 位错密度对硬度的演变起主导作用, 其它结构演变(如孪晶密度的变化和晶粒尺寸变化)对硬度的演变起次要作用.

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
纳米金属多层膜的变形与断裂行为及其尺寸效应*
张金钰, 刘刚, 孙军
金属学报. 2014, 50 (2): 169-182.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00599
摘要   HTML   PDF (963KB)

如何有效地协调和平衡材料强度与韧性之间的矛盾, 大幅提高结构材料的损伤容限, 是设计微观结构敏感性材料的巨大挑战. 纳米金属多层膜材料由于其灵活可调控的微观结构特征以及优异的力学性能已成为目前高性能微元器件以及互连结构的核心材料体系, 其服役过程中的变形损伤与断裂是导致系统失效的关键因素. 本文结合当前国内外有关金属多层膜塑性变形与断裂行为研究的最新进展, 阐述了金属多层膜(微柱体)微观结构-尺寸约束-服役性能三者之间的关联性, 揭示了金属多层膜(微柱体)变形与断裂模式的内在规律及机制, 并对金属多层膜研究的发展趋势进行了展望.

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
纳米金属材料的界面力学行为研究*
魏宇杰
金属学报. 2014, 50 (2): 183-190.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00823
摘要   HTML   PDF (3419KB)

?将常规多晶材料的粗晶粒尺寸缩小到纳米尺度时, 这些纳米晶体材料会呈现出与其对应的粗晶材料迥异的物理现象. 与材料力学行为最相关的是强度及塑形变形机理这两个方面. 考虑到晶界的变形与破坏可能是纳米晶体材料低塑性的根源, 克服纳米晶体材料中强度与韧性之间存在的“熊掌和鱼不可兼得”的问题, 也通常称为晶界工程. 在众多的晶界中, 孪晶界面被发现可同时保持材料的强度和韧性. 本文主要就纳米金属材料中界面的力学行为做一个简要综述, 包含晶界的强化力学机理以及新型孪晶界面的力学行为与揭示内在尺度效应的模型研究.

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
层错能对纳米晶Cu-Al合金微观结构、拉伸及疲劳性能的影响*
安祥海, 吴世丁, 张哲峰
金属学报. 2014, 50 (2): 191-201.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00591
摘要   HTML   PDF (11089KB)

总结了层错能对Cu-Al纳米晶合金微观结构、拉伸性能和疲劳行为的影响. 研究表明: 随着层错能的降低, 材料微观结构的演化逐步从位错分割机制主导转变为孪晶碎化机制主导, 导致其平均晶粒尺寸逐步减小, 而其均匀微观结构的形成经历先难后易的转变. 同时, 发现Cu-Al纳米晶合金的强度随层错能的降低得到明显改善, 其均匀延伸率存在一最优值, 使其均匀延伸率最佳. 对不同晶粒尺寸的样品进行力学实验证实, 随层错能降低, 其强塑性匹配得到明显提升. 在循环变形过程中, 随层错能降低, 晶粒长大导致的微观组织不稳定性和高度应变局部化的剪切带均有明显改善. 材料的疲劳损伤微观机制随之从晶界迁移主导的晶粒长大逐步转变为其它晶界行为, 如原子重组、晶界滑动和转动等. 纳米材料的综合疲劳性能(低周和高周疲劳)随层错能的降低呈现同步提高的趋势.

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
纳米晶金属材料的高温腐蚀行为*
彭晓, 王福会
金属学报. 2014, 50 (2): 202-211.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00604
摘要   HTML   PDF (4276KB)

一些金属基结构材料, 不需要增加Cr和Al含量而只需“纳米晶化”, 就能够在高温环境下形成保护性Cr2O3或Al2O3氧化膜. 纳米晶化是施加高Cr高Al涂层之外提高金属材料抗高温腐蚀性能的另一途径. 近20年来, 纳米晶金属材料的高温腐蚀行为已广泛报道. 本文简要评述了纳米晶金属材料的高温腐蚀特性、纳米晶化提高金属抗氧化性能的根本原因以及亟待澄清的问题.

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
钝性纳米金属材料的电化学腐蚀行为研究:钝化膜生长和局部点蚀行为*
刘莉, 李瑛, 王福会
金属学报. 2014, 50 (2): 212-218.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00617
摘要   HTML   PDF (702KB)

与同成分的传统粗晶材料相比, 纳米晶材料的腐蚀电化学行为发生显著改变. 纳米化会影响材料表面形成钝化膜的各种性能, 但关于纳米化如何影响决定其腐蚀行为的钝化膜生长机制以及点蚀行为目前尚不明确. 本文综述了近期针对纳米晶材料在含Cl-的常温水溶液中的钝化膜生长及点蚀行为2个动态历程的研究结果, 发现纳米化通过促进钝化膜的形核过程并提高钝化膜的生长速度, 从而改善了钝化膜的致密性. 纳米化改变了点蚀的萌生位置, 抑制了稳态点蚀的形成和生长过程, 从而提高材料抗局部腐蚀的能力.

References | Related Articles | Metrics
纳米晶Al薄膜Bauschinger效应的分子动力学模拟*
李晓雁
金属学报. 2014, 50 (2): 219-225.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00737
摘要   HTML   PDF (5303KB)

运用大规模的分子动力学模拟研究了厚度和晶粒取向对纳米晶Al薄膜Bauschinger效应的影响. 模拟结果表明: 晶粒取向的不均匀性对早期Bauschinger效应及相关塑性变形机制有显著的影响. 相对于没有织构的薄膜试样而言, 尽管晶粒尺寸、形状和厚度相同, 具有(110)织构的薄膜表现出较轻微的Bauschinger效应. 同时, 分子动力学模拟也揭示早期Bauschinger效应起源于卸载过程中位错的反向运动和由于位错反应造成位错密度的降低. 这些位错机制是由加载过程中产生的不均匀变形引起的内在残余应力所驱动的.

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
利用分子动力学研究梯度纳米孪晶Cu的微观变形机理*
周昊飞, 曲绍兴
金属学报. 2014, 50 (2): 226-230.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00570
摘要   HTML   PDF (3765KB)

提出了一种新的纳米结构材料即梯度纳米孪晶界结构, 并利用分子动力学方法计算了梯度纳米孪晶Cu的单轴拉伸和压痕的变形过程, 分析了纳米孪晶界分布对位错机制的影响. 结果表明, 梯度纳米孪晶界主导的塑性变形可分为2类, 不全位错主导了较厚的孪晶片层的塑性变形, 较细孪晶片层的塑性变形由全位错主导. 此外, 提高孪晶界密度可以有效改善材料的强度和硬度.

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
Cu-Nb复合线材在形变与退火过程中显微结构演变的研究*
邓丽萍, 杨晓芳, HAN Ke, 孙泽元, 刘庆
金属学报. 2014, 50 (2): 231-237.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00622
摘要   HTML   PDF (4181KB)

采用SEM和TEM, 对不同形变量及退火温度下的Cu-Nb微观复合线材的显微组织结构进行了分析, 并对形变和退火试样进行了硬度测试. 结果表明: 随着形变量增大, 材料界面密度及其增加速率逐渐增大. 当材料结构达到纳米尺寸时(应变=24.8), 界面密度及其增加速率显著增加, 使得硬度及其增加速率明显增大, 同时伴随有纳米Cu基体内部层错和旋转晶界的产生. 退火过程中Cu基体的显微组织变化表现出明显的多尺度效应, 其变化可分为3个阶段: 微米及亚微米Cu基体先发生回复再结晶, 而纳米Cu基体回复再结晶受到抑制; 纳米Cu基体回复再结晶; Nb丝球化及长大.

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
纳米结构Cu中动态再结晶主导的磨损机制*
韩忠, 姚斌, 卢柯
金属学报. 2014, 50 (2): 238-244.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00810
摘要   HTML   PDF (6619KB)

研究了干摩擦和油润滑滑动条件下纳米结构Cu的摩擦磨损性能与磨痕亚表层结构特征. 比较了不同条件下纳米结构Cu耐磨性的差异, 并对亚表层结构进行深入研究. 结果表明, 2种条件下纳米结构Cu均表现出以动态再结晶为主导的摩擦磨损机制, 其耐磨性与磨痕亚表层再结晶晶粒尺寸之间的关系为磨损率随着动态再结晶晶粒尺寸增大而增加.

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
搅拌摩擦加工超细晶及纳米结构Cu-Al合金的微观组织和力学性能研究*
薛鹏, 肖伯律, 马宗义
金属学报. 2014, 50 (2): 245-251.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00661
摘要   HTML   PDF (4287KB)

通过强制冷却的搅拌摩擦加工(FSP)技术在Cu-Al合金中得到了超细晶和纳米结构的微观组织, 利用电子背散射衍射、透射电子显微镜等技术研究了层错能对FSP Cu-Al合金微观组织和力学性能的影响. 结果表明, FSP Cu-Al合金为均匀、等轴的再结晶组织, 随着层错能的减小, 晶粒尺寸不断降低, 而且在低层错能的FSP Cu-Al合金中, 超细晶粒内部生成了丰富的纳米孪晶片层组织, 进一步细化了微观组织. 由于微观组织的逐步细化, FSP Cu-Al合金的强度随层错能的降低逐步提高, 而均匀延伸率呈现出先增加后减小的趋势.

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics
压缩变形纳米多孔金电化学驱动性能研究*
叶兴龙, 刘枫, 金海军
金属学报. 2014, 50 (2): 252-258.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00664
摘要   HTML   PDF (1825KB)

研究了压缩塑性变形对纳米多孔金电化学驱动性能的影响. 结果表明, 虽然压缩变形会导致材料孔隙率和比表面积降低, 但随着变形量的增大, 在压缩方向上其驱动幅度呈先升高再降低的趋势. 单位体积和单位质量材料的驱动能量密度也随着变形量的增大而大幅度提高. 压缩变形样品驱动性能的提高是由于压缩过程中纳米多孔结构的空间形貌和分布发生变化. 对压缩变形过程中纳米多孔结构演变进行定量表征, 是理解驱动性能提高根本原因的关键.

Figures and Tables | References | Related Articles | Metrics