[发明专利]一种利用引入晶界强化和位错强化参数的纳米压痕幂律模型的拟合方法

说明书

本发明公开了一种利用引入晶界强化和位错强化参数的纳米压痕幂律模型的拟合方法，通过稳态蠕变应变率和施加应力的双对数关系公式进行拟合求出应力指数n和材料常数α，在引入晶界强化和位错强化参数的纳米压痕幂律模型中，将强化机制纳入原有的纳米压痕幂律模型中，得到含有表征晶界强化和位错强化参数的纳米压痕幂律模型能更加全面的反映强化机制对蠕变性能的影响，因此可以将本构模型由无意义的拟合式变成具有物理意义的代数式。

技术领域

本发明涉及纳米压痕幂律模型，具体涉及一种引入晶界强化和位错强化参数的纳米压痕幂律模型。

背景技术

复合钎料由基体相和强化相两部分组成。复合钎料，即在原始钎料中添加强化相形成钎料合金，并且基体相与强化相之间能发生复合效应。目前研究人员在基体中加入强化相以形成复合钎料的方法有两类，即(i)加入其它合金元素；(ii)在基体中加入金属颗粒、碳基、陶瓷材料等形成复合钎料；(iii)加入不溶解于锡基体，也不与基体反应的第二相。这些强化相有微米级、纳米级等不同尺寸，形状也有颗粒状、线状、片状等不同。纳米级强化相颗粒较小，在基体中分布较均匀，因此能提高复合钎料的性能，特别是蠕变、疲劳性能等。

石墨烯，在材料行业一向是备受关注的热点。由于其优良的导电性及良好的力学性能，石墨烯被认为是一种制备纳米复合材料的绝佳强化相选择。然而，石墨烯增强Sn基钎料依然存在一些缺点，如石墨烯在基体中分布不均匀、强化相与基体的载荷传递不均匀等。为了改善这些问题，用纳米银粒子修饰的石墨烯作为锡银铜钎料的强化相。Ag纳米颗粒可与基体发生复合反应，增加钎料基体与强化相之间的载荷传递，增强强化效果。经研究人员研究发现，球磨法制备的复合钎料熔点、润湿性、拉伸强度等相比其他方法都较为优秀。

几十年以来，国内外已经发展了很多典型的纳米压痕幂律模型。其中主要包括：Weertman-Dorn稳态幂律模型、Norton幂律模型、Garofalo双曲正弦模型、θ-Projection预测方法等，但其中均未考虑到材料内部强化对材料应力应变的影响。

发明内容

本发明提供一种引入晶界强化和位错强化参数的纳米压痕幂律模型，本模型以纳米压痕幂律模型为基础，引入表征晶界强化和位错强化参数，得到改进的、具有相应的物理意义的纳米压痕幂律方程。

一种引入晶界强化和位错强化参数的纳米压痕幂律模型：

上述模型的公式通过将晶界强化σ_gb和位错强化σ_dis引入纳米压痕幂律模型公式中得到：

其中，纳米压痕幂律模型表示为：

是稳态蠕变应变率(单位为s^-1)，σ是施加应力(单位为MPa)，n是应力指数(无单位)，α是材料参数(s^-1·MPa^-n)；

其中，晶界强化σ_gb通过Hall-Petch公式表征：

K是Hall-Petch参数d是平均晶粒尺寸(单位为μm)，从EBSD中获得；

其中，位错强化σ_dis通过Bailey-Hirsch-Taylor公式表征：

β和M是材料常数(无单位)，G为剪切模量(单位为GPa)，b为伯氏矢量(单位为nm)，θ为位错取向(单位为°)，μ为单位长度(单位为nm)。

一种引入晶界强化和位错强化参数的纳米压痕幂律模型的应用：

通过稳态蠕变应变率和施加应力的双对数关系公式(如下所述)进行拟合求出应力指数n和材料常数α：