考虑界面效应的纳米晶材料微压痕尺度效应研究

摘要

微纳米尺度实验发现,材料的力学性质表现出明显的尺度效应。在纳米尺度,试样的表-界面效应是力学性能尺度效应的重要原因。为了考虑表-界面效应的影响,引入比表面积的概念,针对不同尺度的试样,从量纲及量级分析获得材料的屈服应力与样品的比表面积(或表面能密度)的近似线性关系。采用该线性关系较好地解释了微压缩实验的尺度效应。本文采用上述线性关系并将其推广到纳米晶的情况,对纳米晶材料的力学性能进行研究。研究发现,在晶粒尺寸达到微纳米尺度的情况下,纳米晶材料的流动应力与晶粒尺寸的倒数近似成线性关系;用此关系式表征纳米晶材料的尺度效应,模拟分析纳米晶材料的微压痕实验,模拟计算结果与实验的数据吻合很好,说明界面效应是纳米晶材料力学性能尺度效应的重要因素。