电沉积纳米晶铜微观组织与变形机制的研究

论文摘要

本文利用电沉积和电刷镀的方法制备出多种不同晶粒尺寸的纳米铜,详细分析和总结了电沉积纳米铜的晶粒细化机制。电沉积纳米铜的晶粒有着和严重塑性变形法制备纳米晶粒相似的过程,位错和孪晶界各自独立地和相互协助地在晶粒细化中发挥着重要作用。结合本论文的实验结果,发现电沉积能够比严重塑性变形更有效的细化晶粒,晶粒最小可以细化到10纳米以下。在对含有纳米孪晶的纳米铜在不同的应变速率下做拉伸实验时发现在不同的应变速率下出现两段应变速率敏感性。这表明在不同的应变速率下,不同的变形机制控制着纳米晶材料的塑性变形:在高应变速率下,位错机制控制着纳米晶材料的塑性变形;在低应变速率下,晶界扩散和滑移也参与到变形中来。在对晶粒尺寸只有50纳米的纳米铜在不同的应变速率下做拉伸实验时,发现只有在晶界运动和位错滑移相互协调时,纳米晶材料才能够获得优良的塑性。在低应变速率下,纳米晶材料所具有的高应变速率敏感性使得纳米铜获得了很大一段完美弹塑性变形,拉伸试样在应变硬化能力完全消失之后依然没有出现严重的局部塑性变形。在晶粒尺寸只有25纳米的电刷镀纳米铜上进行了压缩蠕变实验。发现纳米晶材料在室温下果然能够发生晶界扩散蠕变,但是蠕变速率远远没有达到超塑性所需要的值。因此,纳米铜很难在室温下获得超塑性。结合压缩实验的数据,还给出了此纳米铜在很广的应变速率范围内的应变速率敏感性。通过此图发现,纳米晶材料在很高的应变速率下是以位错变形为主,在极低的应变速率下是以晶界扩散为主,在中间很大的应变速率范围内,两种变形机制共同控制着材料的变形。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 长度尺度与纳米技术
• 1.3 纳米材料简介
• 1.4 块体纳米材料的制备
• 1.4.1 沉积技术
• 1.4.2 离散纳米材料凝结法
• 1.4.3 严重塑性变形法
• 1.4.4 等通道转角挤压法
• 1.4.5 高压扭转法
• 1.4.6 表面机械摩擦处理
• 1.4.7 滚压和累积滚压连接
• 1.4.8 非晶态晶化法
• 1.5 纳米晶材料的变形机制
• 1.5.1 位错机制
• 1.5.2 变形孪晶
• 1.5.3 晶界运动
• 1.5.4 晶粒旋转
• 1.6 选题意义与研究内容
• 第二章 实验
• 2.1 电沉积实验
• 2.1.1 实验设备
• 2.1.2 实验方案
• 2.2 电刷镀实验
• 2.2.1 实验设备
• 2.2.2 实验方案
• 2.3 微观组织分析
• 2.4 力学性能检测
• 第三章 电沉积纳米铜的晶粒细化机制
• 3.1 前言
• 3.2 结果分析
• 3.2.1 孪晶
• 3.2.2 位错
• 3.2.3 织构
• 3.3 讨论
• 3.3.1 生长孪晶的形成以及他在晶粒细化中的作用
• 3.3.2 位错在晶粒细化中的作用
• 3.4 结论
• 第四章 应变速率对纳米晶铜变形机制的影响
• 4.1 前言
• 4.2 实验结果
• 4.2.1 微观组织
• 4.2.2 力学拉伸性能
• 4.2.3 应变速率敏感性和激活体积
• 4.2.4 变形表面和断裂表面的形貌
• 4.3 讨论
• 4.4 结论
• 第五章 晶界参与变形对纳晶铜塑性的影响
• 5.1 前言
• 5.2 实验结果
• 5.2.1 微观结构
• 5.2.2 力学拉伸性能
• 5.2.3 应变速率的作用
• 5.2.4 断口形貌
• 5.3 讨论
• 5.3.1 应变速率敏感性和激活体积
• 5.3.2 塑性的提高
• 5.3.3 变形机制
• 5.4 结论
• 第六章 纳米晶铜室温压缩蠕变实验
• 6.1 前言
• 6.2 实验结果和讨论
• 6.3 结论
• 第七章 电沉积铜中纳米孪晶对其力学性能的影响
• 7.1 前言
• 7.2 实验结果和讨论
• 7.2.1 微观组织
• 7.2.2 拉伸性能
• 7.3 结论
• 第八章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 摘要
• Abstract
• 致谢