标题:铜系层状材料强韧化机理研究进展
作者:wthwj
日期:2010-01-26 10:35
内容:
近年来，中科院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室材料疲劳与断裂研究部张广平研究员及其研究组设计了两种具有不同尺度组元层和界面结构搭配的铜系层状材料，系统地研究了两种层状金属材料在压头载荷作用下的强化机制、稳定塑性变形能力及其尺度与界面效应，并探究了层状金属材料作为脆性材料表面涂层，提高材料抗韧性的潜在能力。系列研究结果已在Appl. Phy. Lett. 92(2008) 161905, Scripta Mater. 59(2008)1226，J. Mater. Res. 24(2009)728，Philo. Mag. Lett. 89(2009)66，Adv. Eng. Mater. 11(2009)63 等刊物上发表。
强度和韧性是结构材料的两个最重要的力学性能指标，日益苛刻的应用条件和环境对材料的强度和韧性指标都提出了更高的要求。传统的金属材料强化方法的基本思想是通过持续地减小材料内部微观结构尺度(如第二相粒子及其间距、晶粒或组织尺度等)以达到阻碍位错运动的目的。实践证明，这种依靠单一调整材料微结构尺度的设计思想往往导致材料的强韧性失调，即在获得超高强度的同时严重损失了韧性。因此，如何有效地协调和平衡材料强度与韧性之间的矛盾，在提高强度的同时保持甚至增加材料的韧性已成为人们探索金属结构材料强韧化设计的关键科学问题之一。
层状金属材料是指将两种或多种组元的金属以一定尺度的组元层和界面进行匹配而组成的多层复合材料。当组元的单层厚度减小到纳米尺度时，这种层状材料的强度可以达到理论强度的三分之一，同时也比按混合法则得到的强度高2~3倍。由于层状金属材料不仅可以调整其组元尺度(几何和微观结构尺度)，而且可以引入具有不同本征性能的组元材料和不同结构的层/层异质界面，因此，层状金属材料在获得高强高韧金属结构材料方面具有潜在的能力。
张广平及其研究组设计了两种具有不同尺度组元层和界面结构搭配的铜系层状材料，单层厚度比为1:1的面心立方/面心立方型的Cu/Au和厚度比2:1的面心立方/体心立方型的Cu/Cr层状材料，层状材料的调制周期从亚微米到几十纳米，系统地研究了两种层状金属材料在压头载荷作用下的强化机制、稳定塑性变形能力及其尺度与界面效应，并探究了层状金属材料作为脆性材料表面涂层，提高材料抗韧性的潜在能力。研究发现，当多层材料的调制周期大于50nm时，两种Cu系层状材料的屈服强度随组元厚度的减小而升高，即满足Hall-Petch关系，但强度升高的能力明显不同。他们对各种铜系层状材料(Cu/X，X：Au、Ni、Ag、Nb、Al、 ..
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