纳晶金属断裂行为动态原位实验研究

晶粒尺寸位于经典与反常Hall－Petch关系过渡区的纳晶金属，相对于传统粗晶和细晶金属具有更高的强度，然而单纯提高材料的强度不能满足工程应用服役安全性的要求，强度与韧性的完美结合才能发挥纳晶金属作为新结构材料的巨大潜力。目前对于其韧性特性（特别是断裂行为）缺乏清晰认识，严重阻碍了它的推广应用。本项目将以晶粒尺寸位于经典与反常Hall－Petch关系过渡区纳晶Cu（FCC）和Fe（BCC）为主要研究对象，进行透射电镜动态原位实验，系统研究其断裂行为，建立该晶界强化材料本征韧性与材料微结构之间的联系，提炼纳晶金属韧性行为中的共性规律。并在实验研究的基础上，建立以材料微结构参量为内禀变量的纳晶金属断裂模型，系统模拟不同材料参数情况下纳晶金属断裂行为，得到本征韧性的尺度律，为寻求高强超韧的晶界强化材料提供理论指导。

系统研究了纳晶金属薄膜的断裂机制，在原子尺度首次从实验上揭示了扩散在晶间断裂的重要作用，原位观察发现原子台阶形成于裂纹尖端，并向裂纹尾部迁移，该过程导致了裂纹扩展。实验发现，裂尖由晶体低能量面形成，其钝化取决于晶粒的相对取向。该研究为建立了晶界强化材料本征韧性与材料微结构之间的联系，为深入认识纳晶金属韧脆行为提供了实验基础。在纳晶金薄膜的原位拉伸过程中，观察到面心立方向体心四方的相变过程，该过程不同于Bain模型，而是（111）晶面逐次发生1/12<112>滑移形成。本项目共发表SCI论文6篇。