羅雪梅 朱曉飛 張廣平

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所 沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室 沈陽(yáng) 110016

　　摘要：在多晶金屬中，盡管晶界具有阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、強(qiáng)化材料的重要作用，但當(dāng)材料的晶粒尺寸減小到納米尺度時(shí)，晶界將變得不穩(wěn)定。主要表現(xiàn)為：室溫下的各種機(jī)械加載（單向拉伸、疲勞、壓痕加載等）能夠誘發(fā)明顯的晶粒長(zhǎng)大和晶界遷移。另一方面，由于晶粒尺寸的減小，面心立方金屬中不全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)及由此而引起發(fā)的孿生行為變得更加突出。關(guān)鍵問(wèn)題在于：納米尺度下晶粒長(zhǎng)大/晶界遷移是否與這個(gè)尺度下的孿晶形成有關(guān)？如果有關(guān)，孿晶形成在晶粒長(zhǎng)大過(guò)程中扮演怎樣的角色？

　　本研究采用磁控濺射方法在聚酰亞胺基體上制備了20nm厚的Au薄膜，通過(guò)對(duì)納米尺度面心立方結(jié)構(gòu)的金薄膜疲勞加載下晶粒長(zhǎng)大原子尺度的觀(guān)察與理論分析，揭示了孿生輔助納米晶粒長(zhǎng)大的物理機(jī)制[1].這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，室溫下的疲勞加載導(dǎo)致平均晶粒為19 nm的20 nm厚Au薄膜中晶粒長(zhǎng)大；同時(shí)，發(fā)生孿生的晶粒數(shù)目明顯增加。大多數(shù)長(zhǎng)大的晶粒中出現(xiàn)了納米尺度的多重孿晶。通過(guò)原子尺度的觀(guān)察和分析發(fā)現(xiàn)：納米孿晶的形成是輔助晶粒長(zhǎng)大的一個(gè)有效方式。這一物理過(guò)程為：疲勞加載下孿晶的形成可以逐漸改變晶粒的局部取向，并促使晶界分解為易遷移的片段；隨著循環(huán)周次的增加，兩個(gè)晶粒通過(guò)相互的孿晶形成以及晶界的不斷分解，逐漸合并長(zhǎng)大為一個(gè)晶粒。為此，提出了一個(gè)循環(huán)加載下“孿晶輔助納米尺度金屬金薄膜晶粒長(zhǎng)大”的全新物理機(jī)制，闡明了這一機(jī)制發(fā)生所存在的晶粒間取向差關(guān)系。通過(guò)對(duì)微納米尺度Au和Cu薄膜疲勞強(qiáng)度比較，揭示闡明了孿晶輔助納米晶粒的有限長(zhǎng)大能夠在一定程度上消耗循環(huán)塑性、減緩疲勞損傷形成，從而對(duì)提高金屬薄膜疲勞強(qiáng)度的提高的具有顯著作用；.另一方面，

　　這一研究結(jié)果對(duì)納米尺度金屬薄膜及納米晶金屬材料的晶界設(shè)計(jì)及晶界穩(wěn)定性的利用與調(diào)控，發(fā)展高強(qiáng)度、高疲勞可靠性的結(jié)構(gòu)金屬材料具有重要的參考價(jià)值。

　　關(guān)鍵詞：晶粒長(zhǎng)大，孿晶，納米尺度，金屬薄膜

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] X.-M. Luo, X.-F. Zhu, G.-P. Zhang, Nature communications, 5 （2014） 3021.

　　聯(lián)系方式

　　羅雪梅：xmluo@imr.ac.cn

責(zé)任編輯：趙澤南

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