孪晶强化及形变强化后组织结构对纳米孪晶Cu电学性能的影响

材料在强化过程中往往会引入大量的缺陷，而引起材料导电性的大幅下降。近期的研究发现具有纳米孪晶结构的电解沉积Cu和低温动态塑性变形（DPD）铜都获得了高强度和高电导率。DPD铜中孪晶界上含有大量的位错已经不是完整的共格孪晶界，却获得了良好导电性，这与只有生长良好的共格孪晶界结构电子的散射很弱，是保持纳米孪晶材料保持良好导电性的主要原因的一般认识相悖。由于其结构过于复杂，直接通过结构观察与导电性的对比研究，至今无法给出很好的解释。本项目拟采用含有高密度生长纳米孪晶的电解沉积Cu块体样品，进行室温及低温形变，获得纳米孪晶结构与多种形变结构共存的混合结构样品，对比研究其微观结构与强度、导电性的关系，阐明纳米孪晶结构及形变结构中对材料强度、电导率的影响，揭示DPD纳米孪晶铜高强度、高电导率的结构本质。为制备超高强度、较佳塑性和良好电导率纳米孪晶结构金属材料提供理论指导。

按照申请书的实验计划，对择优取向纳米孪晶铜的形变结构特征进行了深入研究。. 通过透射电子显微镜实验观察，系统研究电解沉积纳米孪晶Cu沿TD//GD方向轧制形变中微观结构的演变过程。研究发现孪晶片层的形变行为与孪晶片层的厚度密切相关。在粗大孪晶片层（片层厚度100-1000 nm）时，其形变结构以位错胞、延展位错墙（几何必要位错）等结构为主，与单晶以及晶粒尺寸在4-5 µm以上的粗晶材料中的形变结构类似。而在细孪晶片层（50-100 nm以下）的孪晶片层中，位错大量与聚集在孪晶界上，以孪晶界上的Shockley不全位错及层错为主。形变结构的演变与孪晶片层及其相邻孪晶片层的厚度相关，细孪晶片层中的孪晶界偏离孪晶关系较少，而与粗孪晶片层相邻的孪晶界则严重偏离孪晶关系。这一研究将粗晶中关于晶粒取向与形变结构关系的研究结果拓展至0.5µm的尺度。. 对纳米孪晶铜样品的轧制形变沿（RD//GD）方向进行，轧制方向与生长方向一致，即拉应力方向与大部分孪晶片层垂直，此时位错运动将受到孪晶界的严重束缚。发现样品在室温轧制中除了出现了较强的硬化效应，仍表现出相当的塑性。TEM研究揭示了纳米孪晶铜中细小的孪晶片层通过退孪生机制协调塑性形变的形变机理。. 研究了纳米孪晶铜沿ND//GD轧制形变过程中的结构演变测量了其电学性能。纳米孪晶Cu轧制形变微观结构观察表明：在剪切应力方向上，剪切应变较小的区域，形变主要通过大量位错与孪晶界交互作用引起退孪生进而演变成层片结构进行，进而形成了与轧制方向呈40度的退孪生带。形变中在应变较大处出现了剪切带。形变量增加大量位错出现在退孪生后形成的宽孪晶片层中，聚集在孪晶界上使孪晶界偏离原来的取向关系演变成层片状位错界。这种层片结构与粗晶轧制形成的层片状位错界不同，表现出高低角位错界的双峰分布。. 研究了纳米孪晶铜在不同轧制形变量样品的室温以下电阻率-温度曲线，结果表明：电阻温度系数与残余电阻分析一致，都随变形量增加而增加，在形变量50%时达到饱和，这与剪切带的形成及孪晶位错交互作用导致的位错密度和位错界的增加过程有关。. 研究了纳米孪晶铜沿平行与垂直孪晶界方向压缩小变形量下位错结构特征，揭示了不同方向加载时形变初期位错与孪晶界的交互作用。