[论文解读] Nanocrystalline grain boundary engineering: Increasing $\Sigma$3 boundary fraction in pure Ni with thermomechanical treatments

David B. Bober, Mukul Kumar+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 15, 2014

Microstructure and mechanical properties参考文献 1被引用 4

一句话总结

本研究证明，在100 °C下进行热机械循环可显著影响纳米晶镍的晶界工程，通过集体形变过程使低能Σ3晶界比例提高48%。该效应具有循环次数和温度依赖性，揭示了一条可调控纳米晶金属晶界网络以改善其力学性能的可行路径。

ABSTRACT

Abstract not provided

研究动机与目标

• 研究塑性变形是否能够改变纳米晶镍的晶界网络结构。
• 确定温度和循环加载在驱动晶界演化中的作用。
• 探讨利用热机械处理实现纳米晶材料晶界工程的可行性。
• 量化形变过程中晶界特性、晶粒尺寸及三重结点分布的变化。

提出的方法

• 采用透射式Kikuchi衍射（TKD）对纳米尺度晶粒取向进行测绘，并以高分辨率表征晶界类型。
• 试样在室温和100 °C下进行循环加载，单向加载和退火处理作为对照。
• 通过晶界特征分布（GBCD）分析，量化Σ3晶界比例及其他特殊晶界的变化。
• 测量三重结点分布和晶粒尺寸，以评估显微组织演化。
• 系统评估加载循环次数和温度对晶界演化的影响。
• 参考原子尺度模拟和渗透理论，解释观测到的网络结构变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高温下进行循环加载是否能引起纳米晶镍晶界网络的结构演化？
• RQ2 加载循环次数和测试温度如何影响Σ3晶界比例？
• RQ3 纳米晶金属中观测到的晶界工程背后的机制是什么？
• RQ4 为何在室温下循环加载虽引起塑性变形却未产生可检测的显微组织变化？
• RQ5 经修改的晶界网络在多大程度上影响材料的力学行为和稳定性？

主要发现

• 在100 °C下循环加载使Σ3晶界比例提高48%，该结果通过透射式Kikuchi衍射测量得出。
• 室温下循环加载未引起任何可检测的显微组织演化，包括晶界特征无变化。
• 高温循环导致机械性晶粒长大和显著的晶界重排，其程度取决于循环次数和温度。
• 观测到的晶界演化归因于高温下晶界迁移率提高所促成的集体形变过程。
• 结果表明，热机械处理可用于调控纳米晶金属中的晶界网络结构，类似于传统粗晶合金中的晶界工程。
• 本研究提出了一条通过控制晶界类型来定制纳米晶显微组织的新途径，对材料的强度、延展性和热稳定性具有潜在影响。