[发明专利]一种具有确定孪晶取向的纳米孪晶试样进行原位力学试验的方法

说明书

本发明公开了一种具有确定孪晶取向的纳米孪晶试样进行原位力学试验的方法，本发明制备出了具有确定孪晶取向的纳米孪晶材料，并进行了原位力学实验，本发明能够提供材料在原子尺度下的实时的动态变化过程，记录变形过程中的演变情况，更有利于准确地揭示材料变形的本质及其机理规律；而且本发明非常节省材料，仅需要少量样品即可反复多次地研究金属材料的变形机理。

技术领域

本发明涉及一种具有确定孪晶取向的纳米孪晶试样进行原位力学试验的方法。

背景技术

设计和制备高性能的金属材料一直是材料科学研究领域的重要课题。作为金属材料的两个核心性能，强度和韧性决定着金属材料在工业应用过程中的服役表现，所以金属材料强韧化的研究对指导设计新型高性能金属材料具有重要意义。传统的提高金属材料强度以获得优良性能合金的方法主要有细晶强化、固溶强化、时效强化、弥散强化、相变强化和冷作硬化等。从本质上来说，这些强化方式都是通过引入各种点、线、面缺陷，比如第二相颗粒、强化相、位错和晶界等。这些缺陷都是通过阻止位错运动来提高合金的强度，由此带来的不可避免的缺点是会以牺牲塑性来达到提高材料强度的目的。以细晶强化为例子，由于晶界能作为位错运动的有效障碍，使得塑性变形变得困难，因此通过细化晶粒向材料中引入高密度的晶界能够有效地提高材料的强度，细晶强化也被广泛地用于提高材料强度。但值得注意的是，晶界的存在虽然能够阻碍位错运动，提高材料强度，与此同时也很大程度地降低了材料内的可动位错密度，使得材料塑性下降。此外，由于晶界界面的非共格性，其存储位错的能力是有限的，当大量的位错在晶界处积累时，将会造成晶界处应力集中从而导致晶界处的应力达到断裂应力，材料出现裂纹，发生断裂破坏。为了解决合金强度和塑性的矛盾问题，获得具有较高强度和较好塑性的金属材料，研究者试图将孪晶界引入合金，并提出一种新的强化方法。

孪晶界是一种异于晶界的特殊界面，孪晶界两侧晶体彼此互为对称面，构成镜面对称关系，其能量远低于传统晶界。孪晶具有强于晶界的阻碍和储存位错的能力，在塑性变形过程中，位错在孪晶界附近形成高密度的位错(肖克利不全位错、全位错等)和不可动位错(弗兰克不全位错、压杆位错等)，使得孪晶界周围形成严重的位错塞积，从而大大增强了金属的强度，即孪晶的引入可以更有效地强化合金。与此同时，孪晶和基体中的滑移系统具有极高的对称性，为了消除孪晶界中的应力集中并协调变形，孪晶界将会向基体或孪晶中发射位错，使得孪晶材料中的位错可以在较高应变水平下仍保持一定的可动性。总而言之，位错与孪晶界的交互作用是孪晶界能够很好地处理金属强度和塑性之间矛盾的关键原因。

然而，位错与孪晶界的交互作用极其复杂，这一复杂的交互作用与孪晶的微观结构(孪晶片层厚度、孪晶界取向等)密切相关。但是，定向控制孪晶生长取向存在极大的难度。如何从根源上了解孪晶界取向对孪晶材料变形机理的影响，指导材料的强韧性设计，这是急需解决的问题。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提供一种制备具有确定孪晶取向的纳米孪晶试验样品及可同时进行原位力学试验的方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有确定孪晶取向的纳米孪晶试样进行原位力学试验的方法，包括以下步骤：

(1)选取层错能较低的材料，将其切割成长、宽、高分别为30mm、0.3mm和0.3mm的长方体，并将其打磨成直径为0.2～0.25mm的圆棒；

(2)剪切步骤(1)得到的直径为0.2～0.25mm的圆棒，在断口处得到纳米金属尖端，将剪好的圆棒装入样品杆的固定端中，使圆棒断口端朝外；

(3)取另一个经过步骤(1)处理的直径为0.2～0.25mm的圆棒，通过电化学抛光法制备出金属针尖，将此圆棒剪成长度为3～5mm，然后装入样品杆活动端，使金属针尖朝外；