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當前位置：課件009首頁 >> 職教研究 >> 專業(yè)論文 >> 納米金屬材料：進展和挑戰(zhàn)

納米金屬材料：進展和挑戰(zhàn) （作者未知）　2009/5/10 （接上頁）一致表現(xiàn)。早期的研究認為，納米金屬的彈性模量明顯低于相應的粗晶材料。例如，納米晶Pd的楊氏和剪切模量大約是相應全密度粗晶的70％。然而，最近的研究發(fā)現(xiàn)，這完全是樣品中的缺陷造成的，納米晶Pd和Cu的彈性常數(shù)與相應粗晶大致相同，屈服強度是退火粗晶的10～15倍。晶粒小子50nm的Cu韌性很低，總延伸率僅1％～4％，晶粒尺寸為 110nm的 Cu延伸率大于 8％。從粗晶到 15urn，Cu的硬度測量值滿足 HallPetch關(guān)系；小于15nm后，硬度隨晶粒尺寸的變化趨于平緩，雖然硬度值很高，但仍比由粗晶數(shù)據(jù)技HallPetch關(guān)系外推或由硬度值轉(zhuǎn)換的估計值低很多。不過，納米晶Cu的壓縮屈服強度與由粗晶數(shù)據(jù)的HallPetCh關(guān)系外推值和測量硬度的值（Hv／3）非常吻合，高密度納米晶 Cu牙D Pd的壓縮屈服強度可達到 1GPa量級。 　　 盡管按照常規(guī)力學性能與晶粒尺寸關(guān)系外推，納米材料應該既具有高強度，又有較高韌性。但迄今為止，得到的納米金屬材料的韌性都很低。晶粒小于25nm時，其斷裂應變僅為＜5％，遠低于相應粗晶材料。主要原因是納米晶體材料中存在各類缺陷、微觀應力及界面狀態(tài)等。用適當工藝制備的無缺陷、無微觀應力的納米晶體Cu，其拉伸應變量可高達30％，說明納米金屬材料的韌性可以大幅度提高。納米材料的塑性變形機理研究有待深入。 　　 納米晶金屬間化合物的硬度測試值表明，隨著晶粒的減小，在初始階段（類似于純金屬盼情況）發(fā)生硬化，進一步減小晶粒，硬化的斜率減緩或者發(fā)生軟化。由硬化轉(zhuǎn)變?yōu)檐浕�的行為是相當復雜的，但這些現(xiàn)象與樣品的制備方法無關(guān)。材料的熱處理和晶粒尺寸的變化可能導致微觀結(jié)構(gòu)和成份的變化，如晶界、致密性、相變、應力等，都可能影響晶粒尺寸與硬度的關(guān)系。 　　 研究納米晶金屬間化合物的主要動機是探索改進金屬間化合物的室溫韌性的可能性。Bohn等首先提出納米晶金屬化合物幾種潛在的優(yōu)越性。其中包括提高強度和韌性。Haubold及合作者研究了IGC法制備的NiAl的力學性能，但僅限于單一樣品在不同溫度退火后的硬度測量。Smith通過球磨NiAl得到晶粒尺寸從微米級至納米級的樣品，進行了"微型盤彎曲試驗"，觀察到含碳量低的材料略表現(xiàn)出韌性，而含碳多的材料沒有韌性。最近Choudry等用"雙向盤彎曲試驗"研究了納米晶NiAl，發(fā)現(xiàn)晶粒小于10nm時，屈服強度高干粗晶NiAl，且在室溫下有韌性，對形變的貢獻主要源于由擴散控制的晶界滑移。室溫壓縮實驗顯示由球磨粉末固結(jié)成的納米晶Fe-28Al-2Cr具有良好的塑性（真應變大于1．4），且屈服強度高（是粗晶的1O倍）。測量TiAl（平均晶粒尺寸約10nm）的壓縮蠕變（高溫下測量硬度隨著恒載荷加載時間的變化）表明，在起始的快速蠕變之后，第二階段蠕變非常緩慢，這意味著發(fā)生了擴散控制的形變過程。低溫時（低于擴散蠕變開始溫度），納米晶的硬度變化很小。觀察到的硬度隨著溫度升高而下降，原因之一是壓頭載荷使樣品進一步致密化，而主要是因為材料流變加快。Mishra等報道，在750～950°C，10-5～10-3s-1的應變速率范圍，納米晶Ti-47．5Al-3Cr（g-TiAl）合金的形變應力指數(shù)約為6，說明其形變機制為攀移位錯控制。 　　 值得注意的是，最近報道了用分子動力學計算機模擬研究納米材料的致密化過程和形變。納米Cu絲的模擬結(jié)果表明，高密度晶界對力學行為和塑性變形過程中的晶界遷移有顯著影響。納米晶（3～5nm）Ni在低溫高載荷塑性變形的模擬結(jié)果顯示，其塑性變形機制主是界面的粘滯流動、晶界運動和晶界旋轉(zhuǎn)，不發(fā)生開裂和位錯發(fā)散，這與粗晶材料是截然不同的。 　　 3）納米晶金屬的磁性 　　 早期的研究發(fā)現(xiàn)。納米晶Fe的飽和磁化強度試比普通塊材a-Fe約低40％。Wagner等用小角中子散射（SANS）實驗證實納米晶Fe由鐵磁性的晶粒和非鐵磁性（或弱鐵磁性）的界面區(qū)域構(gòu)成，界面區(qū)域體積約占一半。納米晶Fe的磁交互作用不僅限于單個晶粒，而且可以擴展越過界面，使數(shù)百個晶粒磁化排列。 　　 Daroezi等證實球磨形成的納米晶Fe和Ni的飽和磁化強度與晶粒尺寸（50mm～7nm）無關(guān)，但納米晶的飽和磁化曲Ni在低溫高載荷塑性變形的模擬結(jié)果顯示，其塑性變形機制主是界面的粘滯流動、晶界運動和晶界旋轉(zhuǎn)，不發(fā)生開裂和位錯發(fā)散，這與粗晶材料是截然不同的。 　　 3）納米晶金屬的磁性 　　 早期的研究發(fā)現(xiàn)。納米晶Fe的飽和磁化強度試比普通塊材a-Fe約低40％。Wagner等用小角中子散射（SANS）實驗證實納米晶Fe由鐵磁性的晶粒和非鐵磁性（或弱鐵磁性）的界面區(qū)域構(gòu)成，界面區(qū)域體積約占一半。納米晶Fe的磁交互作用不僅限于（未完，下一頁） 　　 頁碼選擇：1　2　3　4　5

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