新型納米多晶金屬的塑性變形和斷裂機制研究

《新型納米多晶金屬的塑性變形和斷裂機制研究》是依託清華大學，由李曉雁擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：新型納米多晶金屬的塑性變形和斷裂機制研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：李曉雁
• 項目類別：面上項目

項目摘要

伴隨著材料製備工藝的不斷改進和先進儀器的快速發展，三種新型的納米多晶金屬材料得以問世，它們是平均晶粒尺寸僅有3納米的納晶金屬、納米孿晶金屬以及梯度納晶金屬。最近的實驗研究已表明，這些新型納米多晶金屬材料由於其具有獨特的微觀結構，因而表現出奇異的力學行為或優良的力學性能。然而，人們對這些新材料的塑性變形和斷裂機制的了解是不夠深入的。在本項目中，我們將利用有限元、相場模型和分子動力學方法，來研究這些新型納米多晶金屬材料的塑性變形和斷裂行為，從巨觀、介觀以及原子尺度上探索材料塑性變形和斷裂破壞的內在機理，將涉及到位錯形核與運動、晶界擴散、晶界滑移、晶界遷移、晶粒轉動以及位錯與界面、裂紋的相互作用等。同時，結合數值模擬結果與相關的物理模型，我們將分析這些新型納米多晶金屬的力學性能與微結構特徵尺度之間的依賴關係，這一研究成果將會為納米結構金屬材料的製備和設計提供一定的指導。

結題摘要

做為新穎的納米多晶結構材料，納米孿晶材料和梯度多晶金屬材料由於其具有獨特的微觀結構，因而表現出優良的力學性能。然而，人們對這些材料的塑性變形和斷裂機制的了解是不夠深入的。因此，在本項目的執行過程中，我們採用了分子動力學（或有限元）模擬、與實驗、力學理論相結合的方法研究了納米孿晶材料和梯度多晶金屬材料的塑性變形和斷裂行為。研究成果揭示了一些新穎的塑性變形機制（包括割接位錯運動和扭轉作用下的退孿生機制）和斷裂機理，闡明了位錯、裂紋以及孿晶界之間的互動作用。同時我們發展了相關的理論模型，給出了納米孿晶金屬的屈服強度與微結構特徵尺寸之間的定量依賴關係，並提出了一種小尺度下測量材料斷裂韌性的實驗方法。在項目執行過程中，共發表SCI論文11篇，這些論文已被他引97次。這些研究成果不僅為納米孿晶材料和梯度多晶金屬材料的塑性變形和斷裂提供了基礎的理解，而且為設計和製備具有優良力學性能的新型納米結構材料提供了一定的指導。