力學(xué)所納米金屬變形孿生研究取得新進(jìn)展
zui近，中國科學(xué)院力學(xué)研究所非線性力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室武曉雷研究員及其合作者，在FCC納米金屬Al、Ni和Cu中發(fā)現(xiàn)一種新的變形孿生現(xiàn)象，孿生沒有產(chǎn)生宏觀應(yīng)變、亦不改變晶粒的形狀，提出了RAP(random activation of partials)孿生機(jī)制進(jìn)行解釋。該研究結(jié)果對從宏微觀層次深入理解納米金屬的塑性行為、特別是應(yīng)變硬化和應(yīng)變速率敏感性具有重要意義。相關(guān)工作發(fā)表在《物理評論快報》Physical Review Letters 100，095701 (2008)。該工作得到了國家自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)院的資助。

    FCC晶體的ABCABCABCABCA堆垛結(jié)構(gòu)中，不同柏氏矢量的Shockley不全位錯b1、b2和b3在毗鄰的(111)孿晶面上形核，發(fā)生A→B、B→C和C→A原子面滑移，堆垛順序變?yōu)锳BCACBACBABCA，即形成了六個原子層厚的孿晶，由于Σb=0，因而孿生不產(chǎn)生宏觀應(yīng)變。晶界、晶界臺階和晶界位錯分解等均可以形成不同柏氏矢量的不全位錯，局部很大的切應(yīng)力使不全位錯的隨機(jī)形核和滑移成為可能。同時，RAP孿生比MAP孿生需要更小的切應(yīng)力，實(shí)驗(yàn)表明在納米Ni的拉伸、冷軋和高應(yīng)變速率沖擊變形中，RAP孿生均占主導(dǎo)地位，但隨應(yīng)變速率/應(yīng)力的增加，MAP孿生的比例逐漸增加。

    孿生是金屬塑性變形的一種重要形式，改變晶粒形狀與晶體取向，使金屬發(fā)生宏觀變形。與中/高層錯能面心立方結(jié)構(gòu)(FCC)多晶中的情況不同，變形孿生是FCC納米金屬的重要塑性協(xié)調(diào)方式，相同柏氏矢量的Shockley不全位錯從晶界形核并發(fā)生滑移，每層(111)面相對于其毗鄰面沿孿生方向位移原子間距的分?jǐn)?shù)值，使局部區(qū)域(即孿晶)均勻切變，稱為MAP (monotonic activation of partials)機(jī)制。對納米金屬的孿生變形影響宏觀塑性變形和力學(xué)性能的機(jī)理尚沒有很好的解釋。

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