ナノ結晶アルミニウムの秘密の変形メカニズム

2021-11-25

粒径が100nm未満のナノ結晶金属は、通常、同様の粗粒金属よりも優れた独自の特性を備えています。アルミニウム（Al）は、幅広い用途の金属です。比強度が高く、軽量で耐食性に優れているため、欠かすことのできないエンジニアリング材料とされています。

その機械的特性を改善するために、一部の研究者はナノスケールの粒子サイズのAlを製造しようと試みました。粒子サイズをナノメートルレベルに縮小すると、強度が非常に高くなり、粗い粒子の材料では観察されない独特の塑性変形メカニズムが引き起こされる可能性があります。しかし、ほとんどすべての報告は、粒径が100 nm〜1μmの超微細結晶アルミニウムに関するものであり、バルクナノ結晶Alの機械的特性に関する報告はほとんどありません。

カタール大学とミネソタ大学は、液体窒素と室温のボールミル粉砕の過程でその場で固化することにより、バルクナノ結晶Alを合成しました。研究によると、引張特性は、より大きなナノ結晶粒子と結晶粒子の転位によって引き起こされることが示されています。小さなナノ結晶粒子の部分転位と積層欠陥によって制御される変形双晶が決定されます。

研究者らは、ナノ結晶Alの引張挙動を分析し、それをナノ構造の構造特性と相関させました。従来の粗粒市販純アルミニウムと比較して、ナノ結晶アルミニウムは非常に高い引張強度、ひずみ硬化率、および延性を備えています。このバルクナノ結晶Alの引張強度は、一般的な市販の粗粒純アルミニウムの強度の少なくとも375倍です。ナノ結晶Alサンプルの平均降伏強度は410MPaと高く、平均引張強度は10 MPa、総伸びはXNUMX％です。優れた延性とひずみ硬化特性を持ちながら、超高降伏強度と引張強度を実現しました。

この研究では、ナノ結晶Alサンプルの平均伸びと総伸びがそれぞれ4.5％と10％であることがわかりました。降伏後のナノ結晶Alは、粗粒Alよりも0.132という高いひずみ硬化指数を示します。 HR-TEMを使用して比較的小さなナノ結晶粒子（10〜25 nm）を観察すると、ナノ結晶に変形双晶があることがわかります。 {111}すべり面の粒界から放出された部分転位と積層欠陥は、これらの変形双晶の生成を促進する可能性があります。ナノ結晶Alの非常に高い強度は、小さな粒子サイズと変形双晶に起因します。引張試験中に形成された大きなナノ粒子の転位密度は高く、小さなナノ結晶粒子の変形双晶は高く、これが高いn値と良好な延性の主な理由である可能性があります。

一般に、この論文では、高い積層欠陥エネルギーを有するナノ結晶純アルミニウムを調製し、TEMおよび機械的特性をそれぞれ分析した。焦点は、粒子サイズとさまざまな変形メカニズムによるバルクナノ結晶Alの引張強度にありました。パフォーマンスへの影響。ナノ結晶Alの引張特性に及ぼす変形双晶および他の塑性変形メカニズムの影響について説明します。この研究は、アルミニウム合金のその後の強化メカニズムのリファレンスを提供します。

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