納米金屬的塑性形變和細晶強化

周曉玲，陳 斌

（北京高壓科學研究中心，上海 201203）

材料的力學性能與塑性形變機制密切相關。納米材料的塑性行為是否與粗晶材料不同引起了人們極大的研究興趣。隨著晶粒尺寸的下降，晶界在納米材料中所占的比例升高，因此傳統觀點認為，晶界活動在納米金屬塑性形變中發揮著重要作用。普遍的觀點認為，在晶粒尺寸大于30 nm 的納米金屬中，位錯活動仍然是最主要的塑性形變機制[1-3]。在晶粒尺寸更小的納米金屬中，人們提出了位錯[4-5]、形變孿晶[6-7]、層錯[1,6]、晶界遷移[8]、晶界滑移[9-11]、晶粒轉動[12-14]等各種塑性形變機制，然而卻難以達成共識。在低于10 nm 的尺度內，理論研究一般認為納米金屬內部沒有位錯活動存在，晶界滑移是其唯一的塑性形變機制[9-10]。實驗技術的限制使得人們很難在10 nm 的小尺度原位研究材料的塑性形變行為，納米力學仍有很多未解之謎。

金屬具有優良的導電性和延展性，但其機械強度和硬度較差。現代工業發展對高強度金屬的需求日益增加，金屬增強成為材料工程領域的重要課題。傳統的金屬增強方法包括晶粒細化、加工硬化或應變硬化、固溶體合金、孿晶強化以及引入第二相增強相強化，主要通過引入晶界、位錯、點缺陷或增強相等，使缺陷與晶界、孿晶界、相邊界相互作用，從而阻礙位錯傳播，使位錯在界面處塞積，從而實現金屬增強[15-18]。然而前人的研究表明，當金屬晶粒尺寸減小到臨界尺寸時，金屬由于塑性形變機制的轉變出現軟化或反常霍爾-佩奇效應[9-10,19-21]。……