变形过程中纳米金属镍的微结构演变

利用透射电镜对冷轧变形所致纳米结构金属镍的微结构组织演变特征进行了研究.结果表明,经过轧制变形后,纳米晶的平均晶粒尺寸为50～70 mm,有少量位错结构,但没有发现位错堆积缠结;在晶界处及附近有台阶界面结构,以及与台阶形状相对应的应力场衬度.在变形后期,可以靠晶界发射不全位错从而促使层错生成,并依赖层错尺寸长大(即层错界面位错)的运动进行.而当层错尺寸长大时,其前沿局部变形应力逐渐变大,直至该应力大到一定值时,位错停止运动,层错尺寸也不再长大,并留下了台阶结构.     

晶粒尺寸和孪晶界间距对纳米多晶铝合金塑性变形影响的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法,分别研究了晶粒尺寸和孪晶密度对纳米多晶铝合金塑性变形的影响。模拟结果表明,弛豫后的位错密度对纳米多晶Al的微观结构演变和逆Hall-Petch关系产生了重要影响。变形受晶粒大小限制,在细晶中可形成层错四面体和复杂层错结构,从而激活了晶界的辅助变形。当孪晶界间距（TBS）较大时,Shockley分位错在晶界处形核并增殖。然而,随着TBS的减小,孪晶界成为Shockley分位错的来源。孪晶界上大量的分位错形核会导致孪晶界迁移甚至消失。在塑性变形过程中还观察到形变纳米孪晶。研究结果为开发具有可调节力学性能的先进纳米多晶Al提供了理论基础。     

孪晶密度和温度对纳米孪晶钛力学性能的影响

采用分子动力学方法模拟不同孪晶密度和不同温度下纳米孪晶钛单轴拉伸力学行为。模拟结果表明：室温下随着孪晶密度的降低,纳米孪晶钛的屈服强度出现先提升后降低的现象,材料存在临界孪晶密度。当孪晶密度小于临界孪晶密度时,孪晶界对晶粒的细化作用导致材料的强度提升。当孪晶密度大于临界孪晶密度时,孪晶界、晶界和两者交汇处的位错成核增殖成为材料变形的主导因素;且当孪晶密度远离临界值时,孪晶间隔变小、位错源增多,位错成核与增殖加剧,材料的强度降低。相同孪晶密度条件下,晶粒尺寸的减小会减少晶粒内孪晶界的数量,进而减少孪晶和晶界交汇处位错源的生成,增强了屈服强度。此外,温度的变化会影响原子的活跃程度和晶格的变形机制。随着温度的升高,原子间结合力下降,晶界附近原子结构无序化和HCP-BCC相变程度加剧引起材料的弹性模量、屈服强度下降,同时位错形核与运动的加剧影响了材料的塑性变形。     

高密度电脉冲下材料微观结构的演变

几种粗晶材料经高密度电脉冲处理后，在材料内部形成了局域纳米结构，即冷轧α-Cu(Zn)中形成α—Cu(Zn)和β′-(CuZn)纳米相；低碳钢中形成纳米尺寸的奥氏体；TiC／Ni(Cr)金属陶瓷中形成纳米尺寸的定向TiC；LC6超硬铝中形成纳米尺寸的α-A1，粗晶纳米化转变的机制可归于电脉冲下多种因素的竞争，包括高速加热，热应力、削减的热力学势垒和较大的电子冲击力等。另外，电脉冲处理后的黄铜和金属陶瓷中分别形成了许多低能的位错组态、大量的层错和孪晶．这类缺陷结构演变与电脉冲输入的电能，热能和应力有关。     

含有{111}织构的纳米孪晶多晶铜在拉伸变形过程中塑性各向异性机制的分子动力学模拟

基于分子动力学模拟,从主导滑移系的斯密特因子和位错机制两个方面系统研究含有{111}织构的纳米孪晶多晶铜在拉伸变形过程中的塑性各向异性机制.结果表明:主导滑移系的斯密特因子随着孪晶界倾角的改变而变化,但屈服应力或流动应力并不严格遵守斯密特定律.在拉伸变形过程中存在涉及不同位错机制的硬取向和软取向.硬取向的硬化机制在于塑...     

孪晶距对纳米钨力学性能影响的分子动力学模拟EI北大核心CSCD

为了研究孪晶间距的大小对纳米钨力学性能及变形机理的影响,利用分子动力学对不同孪晶间距的孪晶钨进行了单轴拉伸模拟。使用近邻列表技术(CNA)和位错分析方法(DXA)对拉伸过程中纳米钨的变形失效过程和微结构演化进行了表征分析,从而揭示孪晶间距对纳米钨力学性能影响微观机理。结果表明:孪晶钨变形过程中出现的相变、孪晶界的变形以及去孪晶化的现象会改变孪晶钨中裂纹的扩展方式,提高孪晶界的变形能力;而随着孪晶间距的减小即孪晶密度的增加,可变形的孪晶界增多,导致纳米孪晶钨的断裂应变增加。由于孪晶界中存在能量较高的相互作用的特殊三原子结构使纳米钨中更容易出现晶体缺陷,缺陷会在拉伸载荷作用下快速形成裂纹,导致晶体断裂失效,严重降低了纳米钨的屈服强度。此外,孪晶界的存在显著降低了几何必须位错的数量同时阻碍了位错的滑移运动,位错难以发射和运动,从而导致塑性变差。     

利用分子动力学研究梯度纳米孪晶Cu的微观变形机理

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.     

脉冲电沉积纳米晶体镍镀层热稳定性的研究

采用脉冲电沉积法制备了纳米晶体镍镀层，平均晶粒尺寸约为20nm。采用热分析法、透射电子显微镜(17EM)和X射线衍射方法(XRD)研究了纳米镍镀层的热稳定性。结果表明，纳米晶体镍镀层晶粒开始明显长大温度约为255℃，晶粒长大过程分为两个阶段：低温晶粒异常长大阶段(200～300％)和晶粒正常长大阶段(300～500％)。原始镍镀层的(111)和(200)面双织构在低温晶粒异常长大阶段仍存在，但在正常长大阶段逐渐消失。100％加热后镍镀层显微硬度略有增高，随后随着加热温度的升高不断降低。     

纳米晶体材料变形机制研究的最新进展

概述了纳米晶体材料结构研究的最新进展,着重讨论了纳米晶体材料的变形机制和分子模拟研究.最后给出了简要总结.     

纳米孪晶金属塑性变形机制

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.     

退火温度对电沉积纳米晶镍组织结构与显微硬度的影响

采用脉冲电沉积法制备纳米晶镍,分析了退火温度对纳米晶镍组织结构与显微硬度的影响。利用差热分析仪、扫描电镜、X射线衍射仪及显微硬度计对纳米晶镍的热稳定性、表面微观形貌、晶粒尺寸和显微应变及显微硬度进行了表征。结果表明,随着退火温度的升高,纳米晶镍的晶粒尺寸从室温时的20 nm左右逐步长大到400℃时的120 nm左右;显微应变从室温时的0.47%下降到400℃时的0.08%;显微硬度先上升,从室温时的530 HV0.01左右上升到200℃时达最大值660 HV0.01左右,此后显微硬度迅速下降,到400℃时只有330 HV0.01左右。     

脉冲电沉积纳米晶体镍的耐蚀性能

采用脉冲电沉积工艺制备不同晶粒尺寸的纳米晶体镍,用浸泡法和电化学极化法研究了粗晶镍和纳米晶体镍在10%HCl溶液及20%NaOH溶液中的腐蚀行为。结果表明,在HCl溶液中,纳米晶镍的耐蚀性较粗晶镍差,随着晶粒尺寸的降低腐蚀速率升高,腐蚀过程以镍的活性溶解为主;在NaOH溶液中,纳米晶镍的耐蚀性优于粗晶镍,且随晶粒尺寸的降低腐蚀速率降低,钝化膜的存在是其耐蚀性提高的主要原因。     

电沉积微纳米晶镍板微观表征与冷轧变形微观组织演化研究

本研究以某公司生产的电沉积镍板为对象,研究了该电沉积镍的力学性能;同时为了深入探讨该金属的力学行为特别是塑性变形机制, 对其进行了不同程度的冷轧变形。实验结果表明：电沉积镍存在宽晶,尺寸约为0.5μm～1.5μm,同时存在生长孪晶。其抗拉强度平均在385MPa～461MPa之间,在垂直无始积片方向达到了最低值(385MPa);在平行有始积片方向达到了最高值(461MPa)。电沉积镍经过多道次轧制,变形程度达到90%时,晶粒尺寸明显减小;轧制变形达到98%时才能压裂,说明试样塑性、韧性良好;随着变形程度的的增加,硬度逐渐增大,出现了加工硬化。轧制过程导致本来取向随机的晶粒在某些晶面和晶向出现择优,当轧制程度达到98%时,Tc(220)=94.1%,出现了(220)面的变形织构。     

表面机械研磨处理制备纳米晶Ni的晶粒生长动力学

利用表面机械研磨处理(SMAT)技术在纯Ni上制备一定厚度的纳米晶表层,利用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)研究了纳米晶Ni的晶粒生长动力学,计算了描述晶粒生长动力学的时间指数n和晶粒生长激活能Q.研究表明,纳米晶Ni在423～723 K退火时的时间指数n约为0.14.当纳米晶Ni在423 ～523 K退火时,其晶粒生长激活能Q为32.1 kJ/mol,表明在这一温度区间内晶粒生长由晶界和亚晶界的微结构重新排列所控制;当纳米晶Ni在523～723 K退火时,晶粒生长激活能Q为121.3 kJ/mol,表明在这一温度区间内晶粒生长由晶界扩散所控制.TEM观察表明纳米晶Ni在较高温度下退火时出现异常的晶粒长大现象.     

Microstructural changes of nanocrystalline nickel during cold rolling

The microstructural changes of electrodeposited nanocrystalline Ni with an initial grain size of about ∼30–40 nm during cold rolling up to 76% thickness reduction have been studied using X-ray diffraction and transmission electron microscopy. In response to the cold deformation processing we observed significant changes in the scale and morphology of grains, defect content, as well as of crystallographic texture. Our experimental findings for nanocrystalline Ni are directly compared to the behavior of coarse-grained Ni. The role of the grain scale reduction to the nanometer regime is discussed with respect to the microstructural changes.     

Preparation and characterization of jet-electrodeposited nanocrystalline nickel coatings

Nanocrystalline nickel coatings were prepared by both direct current（DC） and pulse current（PC） jet-electrodeposition. The influences of current density and jet velocity on the surface morphology, microstructure and preferred orientation of the coatings obtained were investigated by SEM, TEM and XRD. It is found that the current density strongly affects the microstructure of the nickel coating. An increase of the DC current density results in a slight increase of the grain size and preferred orientation progressive evolution （i.e. from （111） to （200））, whereas an increase of the PC current density leads to a certain decrease of the grain size and preferred orientation change （i.e. from （111） to a strong （220））. Moreover, jet velocity shows no significant effect on the grain size and preferred orientation for the nanocrystalline coatings obtained in both DC and PC within the range of jet velocity studied.     

Microstructure and properties of nanocrystalline nickel coatings prepared by pulse jet electrodeposition

The fabrication of nanocrystalline nickel coatings was conducted by pulse jet electrodeposition on the substrate of 45# carbon steel. The effects of average current density on the surface morphology, microstructure, average grain size and microhardness of nickel coatings were investigated by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffractometry (XRD) and microhardness measurement. In addition, the corrosion resistances of coating and substrate were compared. It is revealed that the nickel coatings prepared by pulse jet electrodeposition exhibit a fine-grained structure with a smooth surface and a high density, although some pores and defects are still present in coatings. With the increase of average current density, the average grain size of nickel coatings is reduced at first and then increased. The coating with the optimum compactness, the smallest average grain size (13.7 nm) and the highest microhardness are obtained at current density of 39.8 A/dm2. The corrosion resistance is obviously increased for the coatings prepared by pulse jet electrodeposition; however, the corrosion rate is increased after a certain period due to the penetration of the corrosive media.     

应变路径变化对纯镍组织和织构的影响

采用背散射电子衍射（EBSD）和X射线衍射（XRD）技术对比分析了两种应变方式（单向轧制和交叉轧制）对大变形量（厚度方向压下量90%）纯镍形变组织和织构以及随后热处理过程中组织和织构演变的影响。结果表明：单向与交叉轧制纯镍的形变微观组织均以层片状组织为主,但前者储存能高于后者;单向轧制纯镍的宏观织构是典型的铜型冷轧织构,而交叉轧制纯镍的主要织构组分是黄铜和旋转型黄铜织构,且前者的织构强度明显高于后者。对两种方式形变样品在不同温度下进行退火处理,发现单向轧制样品中形成了以立方织构为主的再结晶织构,且随着退火温度的升高,立方织构的强度逐渐增强;而交叉轧制样品则形成了弱的再结晶纤维织构,其强度远小于单向轧制样品的再结晶织构强度。另外,单向轧制样品在高温800°C保温处理后,出现了少量异常长大晶粒,这是由于取向相近的立方取向晶粒聚集形成团簇,使得微观取向分布不均匀造成的;而交叉轧制方式可以抑制热处理过程中的晶粒异常长大。     

纳米Co78Ni22合金组织演变的原位高温X射线分析

采用高温X射线原位分析法研究了喷射电沉积制备的晶粒尺寸5.1 nm的Co78Ni22合金连续加热及等温条件下组织转变.结果表明:在连续加热条件下,随着加热温度升高,晶粒尺寸经历由低温缓慢长大到中温异常长大再到高温正常长大过程,同时ε相向α相转变.在等温条件下,随等温时间的延长,ε相向α相转变且转变的温度降低,随等温温度的升高,这种转变加快,晶粒尺寸也会发生明显的长大.Co78Ni22合金加热过程中的异常晶粒长大与ε相向α相转变有关.