申博体育平台

科研动态|我院科研人员在纳米铝孪晶变形领域取得新进展
2019-05-29 15:17:49

纳米孪晶作为一种特殊的微观结构,可以为金属材料带来高强度,高导电性和高稳定性等优异性能。近年来,它一直是业界的研究热点。然而,迄今为止,大多数研究仅限于具有中低堆垛层错(如铜和银)的金属材料,并且难以在具有高水平断层能的金属中形成纳米孪晶结构(如铝) )。特别地,对于工业中广泛使用的铝和铝合金,如果可以形成纳米孪晶结构,则期望其大大增加其强度,从而拓宽其应用范围。一些研究人员通过将铝(Al)与低位错位金属银(Ag)结合制备Ag/Al纳米多层膜,并通过界面相干界面的模板效应,使银层中形成的纳米孪晶交叉。界面直接生长到铝层中,从而获得纳米晶体铝。该制备方法工艺复杂,条件苛刻,同时有必要利用低级缺陷金属作为双源诱导双生长,其实际应用受到限制。如何在更简单的条件下制备纳米晶铝仍是一个国际问题,相关研究具有重要的理论意义和实用价值。

针对上述问题,夏交通大学金属材料强度国家重点实验室,孙军教授,博士,左家栋,青年教师,张金琪教授,刘刚教授,何成副教授,合作用磁控溅射制备纳米结构铝/非磁性。在铝层中观察到结晶氮化铝(Al/AlN)多层膜和显着的纳米孪晶(顶部a)和9R相(顶部b)。 9R相是具有周期性堆垛层错结构的扩展的非相干孪晶边界。由于铝中的9R比纳米孪晶更不稳定,因此其制备难度高于纳米孪晶。 9R相在铝中的形成机理和强化作用尚不清楚。将Al/AlN纳米多层膜的单层h厚度控制在~10nm至~200nm的范围内。结果表明,纳米孪晶和9R相的形成具有明显的尺寸效应随h变化:(i)单层厚度当h~20nm时,超过70%的9R相渗透到Al层的整个厚度;当h> ~20nm,超过80%的9R相在从Al/AlN相界面形成后终止于晶粒中,并且不形成。贯穿Al层厚度的结构。 (ii)另一方面,纳米孪晶的含量随着整个单层厚度h的增加而增加,但纳米孪晶含量在h£20nm时较低(<5%),并且当h>纳米孪晶含量在~20nm(> ~10%)时大大增加。硬度测试结果表明,硬度随h逐渐增加(上图c中的体系I),当h达到~20nm时,硬度显示出峰值平台(~3.8 GPa,上图c中的体系II),峰值硬度约为报道的纳米铝的最高硬度的4倍。 用于解释单层厚度小于十几纳米的金属多层薄膜的硬度峰平台的理论是界面阻挡强度(IBS),但该模型的预测结果与Al/AlN多层薄膜有关。政权II。测得的硬度低于1 GPa,这是因为Regime II的小层厚度范围内的9R相主要是穿透Al层厚度的结构,这对位错的移动有很大的阻碍作用。但在一般的IBS模型中。不考虑这个因素的影响。从硬度性能数据可以看出,纳米铝中的9R相强化效应非常明显,有望成为未来强化铝及其合金的重要手段。

结合XPS在深度方向的逐层剥离表征技术,提出了基于异质界面物理和界面化学的Al层纳米孪晶和9R相的形成机理,即非固态N AlN非晶层中的原子扩散到Al层中,形成N层原子从界面到层中心的梯度分布,同时降低界面处的局部堆垛层错能,从而诱导纳米孪晶和9R相。由于渐变动作导致的界面。由于N原子分布梯度与Al层厚度密切相关,因此形成纳米双相和9R相的层厚度效应。异质界面及其界面物理/化学将对纳米层压板的相变和微观结构演变产生重要影响。

本研究的结果是基于异相界面介导的纳米晶和9R相的形成,在铝:的基础机制和强化作用。国际着名的结构金属材料学术期刊《材料学报》发表于Acta Materialia(IF=6.04),申博体育网站是该论文的唯一作者。本文也是该团队近年来在纳米金属薄膜/多层薄膜强化和变形方向上发表的第18篇Acta Materialia文章。

该研究由国家自然科学基金和“111”倡议资助。

文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645419303374

编辑:yxh0503