梯度纳米晶铜拉伸变形及其机理研究

纳米晶金属材料的塑性变形机制是目前国际纳米材料研究领域的一大难题。本项目针对目前纳米金属材料本征拉伸塑性变形及其变形机理尚未清楚的现状，拟利用本研究组最近发展的技术－表面机械碾磨(surface mechanical grinding treatment, SMGT)制备梯度纳米晶(gradient nano-grained, GNG)铜材料,通过不同温度和应变速率的拉伸实验，利用EBSD，SEM和TEM技术研究拉伸变形后梯度纳米晶铜晶粒长大的尺寸与拉伸应力和拉伸应变的关系，结合其应变速率敏感指数的变化，深入理解其塑性变形过程。揭示梯度纳米晶铜变形机制，澄清晶界迁移伴随的晶粒长大是由应力驱动还是由应变驱动，为纳米材料的应用提供理论指导。

本项目以具有良好强度–塑性匹配的梯度纳米结构铜为研究对象，系统研究了温度、应变速率和应变对表层纳米晶拉伸过程中晶粒长大的影响，揭示了机械驱动纳米晶粒长大的本征机制。实验结果表明，表层纳米晶在不同温度和不同应变速率下进行单向拉伸均发生明显晶粒长大，并且随应变增大，晶粒长大趋势愈加明显。但是在较低温度和较高应变速率下，晶粒长大程度有所降低。增加应变、升高温度和降低应变速率可以促进晶粒长大，表明晶粒长大依赖于热激活过程。在变形过程中，小于平衡尺寸的晶粒会发生晶粒长大，由机械驱动的晶界迁移主导；而大于平衡尺寸的晶粒则会发生晶粒细化，由位错滑移主导。本研究表明梯度纳米结构铜拉伸过程中应变是表层纳米晶长大的直接诱因，而应力仅起辅助作用。本项目研究对于理解梯度纳米晶铜的本征拉伸变形机制具有重要意义，并为设计和制备兼具高强度、高塑性的梯度纳米晶体材料提供了理论基础。