金属纳米晶材料变形机制的研究

摘要

社会和工业的发展对材料的综合性能提出了更高的要求，尤其是航空航天领域对于材料轻量化、强韧化有很强的需求。金属纳米晶材料作为一种非常重要的结构材料，具有很高的研究价值，其塑性变形机制一直是近年来研究的热点。镁合金具有重量轻、强度高等优点，是航空航天、工业等领域常用的一种结构材料。
　　本研究选用Mg-3wt.%Li-6wt.%Al（LA36）新型镁合金材料作为研究对象，通过超声喷丸工艺在其表面获得纳米晶。首先探索了超声喷丸的时间对于晶粒细化效果的影响，结果表明喷丸时间越长，晶粒细化效果越好；喷丸10 min后晶粒细化达到极限，晶粒尺寸为80 nm左右。其次，通过聚焦离子束（FIB）工艺在距离喷丸表面的不同深度取样，利用透射电镜（TEM）观察组织变化，详细阐述了晶粒细化的机制。研究发现LA36的晶粒细化由位错滑移主导，这不同于一般密排六方（HCP）材料由孪生主导的塑性变形机制。其原因一方面是 Li固溶到Mg基体里面，改变了轴比c/a，进而激发出HCP体系更多的滑移系，例如柱面滑移、锥面滑移等，使得位错滑移能够满足协调变形；另一方面，当晶粒尺寸减小到一定程度后会抑制孪生。最后，通过拉伸试验、纳米压痕等方法，研究了喷丸后材料的硬度、拉伸强度的变化，发现材料的性能有较大提升。高熵合金是一种新型的多主元合金，具有较好的高温蠕变性能等。采用高压扭转工艺成功制备了FeCoNiCrAl0.1高熵合金纳米晶，晶粒尺寸约为70nm；通过FIB制备特殊的TEM原位拉伸样品进行实验，研究了高熵合金纳米晶的塑性变形机制，发现不全位错从晶界发射出并且在{111}密排面上滑移，以及裂纹尖端有孔洞的扩展和合并现象，但是孔洞很难越过晶界，这对材料的强化有一定贡献。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 金属材料强化的途径

1.3 金属纳米晶材料的研究现状

1.3.1金属纳米晶材料的制备

1.3.2反Hall-Petch效应的研究

1.4 原位TEM的应用

1.5 本文主要研究内容

第二章 镁锂合金表面机械研磨的研究

2.1 引言

2.1.1镁锂合金的简介

2.1.2表面纳米化的研究

2.2 实验材料与方案

2.3 晶粒细化机理的研究

2.3.1镁合金中位错的滑移

2.3.2孪生

2.4 性能的提升

2.5 本章小结

第三章 高熵合金纳米晶原位拉伸的研究

3.1 引言

3.1.1高熵合金的简介

3.1.2高熵合金的研究进展

3.2 实验材料与方案

3.3 TEM原位拉伸的研究

3.4 本章小结

第四章 结论

参考文献

致谢

个人简介

攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果