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题名	变形孪晶及生长孪晶对纯Cu力学性能的影响
作者	郭金宇
学位类别	博士
答辩日期	2006-06-16
授予单位	中国科学院金属研究所
授予地点	金属研究所
导师	卢柯
关键词	纳米孪晶 纳米晶 纯 Cu 强度 塑性 变形机制 表面机械研磨 脉冲电解沉积 直流电解沉积
学位专业	材料学
中文摘要	纳米结构材料由于其优异的物理和化学性能引起了世界各国学者的广泛关注，例如纳米晶体材料表现出很高的强度、硬度、很好的扩散性能和耐磨性能等，但是，大多数的纳米晶体材料的塑性很差、电阻率偏高，这些缺点严重地影响了纳米晶体材料在实际生产中的应用。最近，Lu等人利用脉冲电解沉积法制备出纳米孪晶Cu，该样品的屈服强度达到了普通粗晶Cu的14倍，而电阻率相当于无氧纯Cu的97%，同时具有很好的塑性。这一工作为制备高性能纳米结构材料开辟了新的研究方向。 为了进一步加深对纳米孪晶材料的力学性能及其变形机制的研究，本工作分别采用表面机械研磨法在室温条件下分别制备出含有高密度变形孪晶的纯Cu样品和纳米晶Cu样品；采用脉冲电解沉积法制备出含有高密度生长孪晶的纯Cu样品；采用直流电解沉积法制备出具有二维生长孪晶结构的纯Cu样品。分别采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对微观结构进行表征；用显微硬度、拉伸实验和电阻实验对其性能进行表征。主要研究结果如下： 采用表面机械研磨技术将纯Cu样品处理5 min后得到具有高密度变形孪晶和位错的纳米孪晶Cu样品（孪晶片层的平均宽度为~40 nm），处理30 min后获得由随机取向的等轴晶组成的纳米晶Cu样品（平均晶粒尺寸为~50 nm）。纳米孪晶Cu样品的硬度和屈服强度分别达到1.53 GPa和470 MPa，而纳米晶Cu样品的硬度和屈服强度分别为1.47 GPa和410 MPa。通过对比纳米孪晶Cu和纳米晶Cu的实验结果可以说明，孪晶界具有与普通晶界相似的强化效果。 采用脉冲电解沉积法制备出含有高密度生长孪晶的纯Cu样品，微观结构观察表明，纯Cu样品的平均晶粒尺寸为~400 nm，晶粒内部含有高密度的孪晶片层，通过调整工艺参数分别制备出孪晶片层宽度为30 nm和100 nm的纯Cu样品。同时利用直流电解沉积法制备出不含有孪晶的纯Cu样品。通过室温轧制在具有不同密度孪晶的纯Cu样品中储存位错。经过40%的轧制变形后，纯Cu样品的硬度、屈服强度以及电阻率的增加幅度随着孪晶片层宽度的减小而增加，例如，对于不含有孪晶的纯Cu样品，其硬度、屈服强度以及电阻率分别增加了0.27 GPa、90 MPa和0.07×10-8 Ωm，而孪晶片层宽度为~30 nm的纯Cu样品，其硬度、屈服强度以及电阻率分别增加了0.58 GPa、160 MPa和0.17×10-8 Ωm。实验结果表明，含有高密度生长孪晶的纯Cu样品，位错储存能力高于无孪晶的纯Cu样品。说明在亚微米晶材料中，高密度的生长孪晶有利于储存位错。 采用直流电解沉积法制备出具有二维孪晶结构的纯Cu样品，微观结构观察表明，纯Cu样品是由含有大量生长孪晶的柱状晶组成，相邻柱状晶之间的孪晶取向差很小，孪晶界大致平行于样品的生长表面。沉积态二维孪晶Cu样品的拉伸屈服强度仅为97 MPa，硬度值为1.15 GPa，远小于三维孪晶Cu的屈服强度和硬度，说明孪晶强化具有明显的各向异性。室温下的恒应变速率拉伸实验表明沉积态二维孪晶Cu样品具有明显的应变速率敏感性，应变速率敏感指数为~0.032，该样品的高应变速率敏感性来源于位错与孪晶界的相互作用。经过1400%的轧制变形后，二维孪晶Cu样品的屈服强度增加到400 MPa，而延伸率降至2.1%，同时应变速率敏感指数下降至0.008。沉积态和轧制态二维孪晶Cu样品的屈服强度和延伸率均随着应变速率的提高和温度的降低而增加。
语种	中文
公开日期	2012-04-10
页码	125
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16875]
专题	金属研究所_中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	郭金宇. 变形孪晶及生长孪晶对纯Cu力学性能的影响[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2006.

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