透射电镜原位拉伸研究几种金属材料原子尺度上的变形机制

IMR OpenIR

	透射电镜原位拉伸研究几种金属材料原子尺度上的变形机制
	李白清
学位类型	博士
导师	毛星原 ; 隋曼龄
	2010
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	北京
学位专业	材料物理与化学
关键词	原位拉伸变形机理变形孪晶 Fcc金属 Gum Metal
摘要	"对于金属材料的研究而言，强韧化一直是一个永恒的话题。而对于金属材料强韧化的研究而言，变形机理的研究则是其核心内容。对于金属材料变形机理的深入研究，过去主要是基于传统的透射电镜，通过离位观察变形后样品中残留的缺陷结构（位错、孪晶、扭折等）来思考材料的变形过程（机理）。然而，这种思考中涉及到很多假设和猜想，需要直接实验证据的支持。此外，材料中一些变形过程并不会在变形后的样品中留下缺陷结构，对于这些变形机理的发掘需要求助于原位观察。本文利用透射电镜(TEM)原位拉伸技术结合高分辨电子显微学(HRTEM)观察研究了面心立方金属和Gum Metal钛合金中几种新的变形行为。主要结果如下：在多晶纯铝的拉伸过程中，捕捉到了裂尖发射孪晶的证据，而且发现所产生孪晶在较短时间内就可以通过自发退孪晶实现完全回复，这是对这个全新孪生物理过程在实验上的首次观察。我们还对整个可逆孪生动态过程进行了原位高分辨像的记录，为原子尺度上的孪生动力学过程和退孪生动力学过程的研究提供了必要的资料。对纯铝进行了系列电子束辐照损伤实验，证实了电子束辐照很容易在纯铝样品中引入大量弗兰克位错环面缺陷，澄清了以前对于纯铝中变形孪晶的错误报导。在纳米晶镍的拉伸过程中，观察到了下列变形过程在原子尺度上的动力学过程：晶界发射不全位错、不全位错被晶界吸附回去、以及裂尖的可逆变形孪晶。发现了所观察到的堆垛层错和变形孪晶具有较高的可回复趋势，这是通过直接的实验观察对这种高趋势首次展示。结合纯铝、纯镍和纯铜样品中孪生变形过程的原位高分辨观察结果，揭示出一系列柏格斯氏量为零（BV＝0）的孪晶台阶/尖端，提出了面心立方金属中不全位错协同激活（CAP）的零应变孪生机制, 这种新的孪生机制要求近邻三个{111}原子层中的不全位错一起协同滑移，从而保证剪切应变高度局域在两层原子中。分子动力学模拟在纯铝的退孪晶过程中，进一步证实了CAP孪生机制的可行性。基于孪生不全位错和拖曳不全位错之间的直接竞争，我们在理论上描述了一个预测孪生能力的理论模型。根据此理论模型得出的本征孪生能力取决于三个材料参数：堆垛层错能（γsf）、不稳定的堆垛层错能（γus）和不稳定的孪生层错能（γut）。基于此模型，我们获得了fcc金属的孪生能力排名，这和以前基于裂尖孪生模型而获得的排名以及实验证据给出的排名都是一致的。利用透射电镜下原位拉伸技术以及透射电镜离位观察研究经90％冷变形的Gum Metal钛合金的塑性变形机理，证实了Gum Metal钛合金的塑性变形涉及到大量的位错行为，并不是无位错塑性变形机理；提出Gum Metal钛合金的剪切变形是通过剪切带来实现的，所谓的“giant fault”剪切模型不合适；探讨了Gum Metal钛合金中的均匀位错形核机制以及纳米尺度的晶格旋转机制。"
其他摘要	Optimizing strength and ductility is an eternal topic for metal research. To reach the ultimate goal of strengthening metals without compromising ductility, a deep understanding of deformation mechanism in metals and alloys is the key, which will render systematic theory guides. In the past years, researchers have explored the deformation mechanisms of metals mainly through conventional postmortem TEM observations, during which the deformation defects (dislocations, deformation twins, and kinks et al.) remaining in the sample can be identified and subsequently used as the clues to deduce the possible deformation mechanisms. However, this kind of reasoning unavoidably involves many assumptions and hypothesis, which need proves of direct experimental evidence. On the other hand, some deformation behaviors won’t leave any deformation defect in the deformed sample. In such kind of cases, we have to use the in situ TEM to explore them. In this dissertation, combining the tensile straining and in situ HRTEM observations, we investigated several new deformation behaviors in fcc metals and Gum Metal. The main results are as follows.
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/64166
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	李白清. 透射电镜原位拉伸研究几种金属材料原子尺度上的变形机制[D]. 北京. 中国科学院金属研究所,2010.