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西安交大科研人员发文揭示纳米氦泡铜塑性变形机理

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近日,西安交大材料学院微纳中心研究人员借助先进的原位纳米力学技术,对含氦泡铜试样的力学变形行为进行了系统的研究,发现相比于亚微米单晶铜,包含纳米氦泡的铜强度更高、变形更稳定,在拉伸时塑性也更好,具有短暂的均匀变形阶段,且只有在内部氦泡发生严重的长大和合并时才会发生快速的断裂。该研究工作原位揭示了含氦泡金属材料的塑性变形机制和损伤演化机理,对于运用氦泡工程等理念设计高性能金属材料和新型抗辐照损伤材料具有重要的指导意义。上述研究成果近日在线发表在材料领域知名期刊《纳米快报》上(Nano letters, IF:13.592, DOI:10.1021/acs.nanolett.6b00864)。

亚微米尺度金属材料的力学性质不同于其块体材料,虽然其强度较高,但却表现出变形失稳等弱点,这不利于微纳尺度器件的长期使用和服役。为了提高小尺寸材料的变形能力,本研究通过高温氦离子注入在金属铜中形成平均尺寸为6.6纳米的高密度氦泡,随后加工出亚微米尺度试样进行力学测试,发现单晶铜内部的纳米氦泡不仅是位错的可剪切障碍物,能有效减缓位错运动,同时还是活跃的内部位错源,能促进位错均匀形核,使变形时位错保持有效增值,进而产生更加均匀和稳定的变形。在拉伸颈缩阶段后期,氦泡会发生显著的长大和合并从而引起试样的快速断裂。因而,纳米氦泡对于提高亚微米尺度金属材料的变形能力具有关键的作用。该研究工作为设计高性能金属结构材料和新型抗辐照损伤材料提供了新思路。

该工作是由材料学院硕士生丁明帅,在导师单智伟教授和韩卫忠教授的悉心指导下完成。参与该项工作的还有李巨教授、马恩教授、万亮博士、田琳博士以及日本大阪大学的杜俊平博士和Ogata Shigenobu教授。该研究得到了国家自然科学基金(编号:51471128, 51231005, 51321003)、中组部青年千人计划、西安交通大学青年拔尖人才支持计划等项目的共同资助。

文章链接:http://pubsdc3.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.6b00864

2016-06-08
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