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特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)性能，其變形機制是國際納米結(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)使得位錯產(chǎn)生和移動都變得相當(dāng)困難，粗晶中位錯主導(dǎo)的塑性變形機制不再適用于納米材料。在傳統(tǒng)塑性的載體一位錯受限乃至缺席的情況下，晶體會以什么方式發(fā)生變形?納米晶體力學(xué)性能的研究，可以加深目前對晶體缺陷和變形機制的認(rèn)識，對設(shè)計和改進(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

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，力卸載之后位錯難以儲存在晶粒內(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記錄整個變形過程中結(jié)構(gòu)變化的原位實驗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驗只能單軸傾轉(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程。本論文利用自主創(chuàng)新的透射電鏡原位拉伸方法，實現(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、體鎳為研究對象，使用聚焦離子束制備出了納米尺寸的拉伸樣品，并實現(xiàn)了高分辨透射電子顯微鏡中的原位單軸拉伸實驗，研究了納米晶體在納米尺度的室溫力學(xué)行為以及應(yīng)力場作用下原子尺度的演變過程。
　　 本論文報道了在原位實驗中觀察到的小尺度納米晶體大塑性變形行為，其塑性伸長量可以達(dá)到90％以上。在拉伸過程中，發(fā)現(xiàn)了大量形變孿晶的形成和運動，我們將其劃分為三個力學(xué)變形階段：形變孿晶形成階段，形變孿晶相對滑移階段和單根形變孿晶塑性伸長階段。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)生相對滑移，直到中間只剩一根孿晶時，滑移受阻，開始對中間單根孿晶拉伸，直至斷裂。形成的形變孿晶以束集的形式存在，并且在變形過程中，在孿晶界周圍發(fā)現(xiàn)了大量的位錯、偏位錯、層錯和微孿晶。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制和變形機制。首先，形變孿晶在晶界處大量平行的形成，