|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов
2.7. интенсивная пластическая деформация
Весьма привлекательным способом получения компактных нано-
и субмикрокристаллических материалов является интенсивная пла-
стическая деформация (ИПД). В основе этого метода лежит формиро-
вание сильно фрагментированной и разориентированной структуры
c большеугловыми (высокоугловыми) границами между зернами,
имеющей признаки рекристаллизованного аморфного состояния.
ИПД применима в основном к пластически деформируемым мате-
риалам. Для достижения больших деформаций материала исполь-
зуются различные методы: кручение под квазигидростатическим
давлением, равноканальное угловое прессование, прокатка, все-
сторонняя ковка. Сущность этих методов заключается в многократ-
ной интенсивной пластической деформации сдвига обрабатывае-
мых материалов, при этом достигается истинная логарифмическая
степень деформации
e
от 4 до 7. Использование интенсивной пла-
стической деформации позволяет наряду с уменьшением среднего
размера зерен получить массивные образцы с практически беспори-
стой структурой материала, чего не удается достичь компактирова-
нием нанопорошков.
Для этих методов существует ряд требований: преимуществен-
ное формирование ультрамелкозернистых структур с большеугло-
выми границами между зернами (именно в этом случае наблюда-
ются качественные изменения свойств материалов), необходимость
обеспечения стабильности свойств материала за счет однородного
формирования наноструктур по всему объему материала, отсутствие
механических повреждений и трещин, несмотря на интенсивное пла-
стическое деформирование материала. Эта группа методов позволяет
получать объемные беспористые металлические наноматериалы. Сле-
дует, однако, отметить, что диапазон размеров зерен материалов, по-
лучаемых рассматриваемыми методами, часто превышает 100 нм, т. е.
формально многие из этих материалов уже нельзя считать наномате-
риалами. Структура, получаемая при интенсивной пластической де-
формации, отличается сильной неравновесностью из-за малой плот-
ности свободных дислокаций и преимущественно большеугловым
характером границ зерен. Поэтому для обработанных изделий при-
меняют дополнительную термообработку или дополнительное пла-
121
2.7. интенсивная пластическая деформация
стическое деформирование при повышенных температурах и боль-
шой степени деформации.
Отжиг нанокристаллических материалов приводит к эволюции
их микроструктуры, которую условно можно разделить на два этапа.
На первом этапе в результате отжига при температуре, составляющей
примерно одну треть температуры плавления, происходит релаксация
напряжений, переход границ зерен из неравновесного в более рав-
новесное состояние и незначительный рост зерен. Дальнейший рост
температуры отжига или увеличение его длительности вызывают со-
бирательную рекристаллизацию, т. е. укрупнение зерен. Первый этап
отжига хорошо виден при измерении микротвердости пластически
деформированных материалов, таких как Cu, Pd и Ti.
В процессе пластической деформации повышается плотность дис-
локаций, происходит измельчение зерна, возрастает концентрация то-
чечных дефектов и дефектов упаковки. Совокупность этих изменений
способствует образованию специфической микроструктуры. Основ-
ные закономерности формирования структуры в процессе пластиче-
ской деформации определяются сочетанием параметров исходного
структурного состояния материала и конкретными условиями дефор-
мирования, а также механикой процесса деформации.
При прочих равных условиях основная роль в формировании
структуры и свойств материала принадлежит механике процесса де-
формации: если она обеспечивает однородность напряженного и де-
формированного состояния по всему объему материала, то процесс
деформации является наиболее эффективным. Основной особенно-
стью структуры субмикрокристаллических материалов, полученных
деформационными методами, является неравновесность границ зе-
рен, которые служат источником больших упругих напряжений. Дру-
гим источником напряжений являются тройные стыки зерен. Свиде-
тельством неравновесности являются диффузный контраст границ
и изгибные контуры экстинкции в зернах, наблюдаемые на электрон-
но-микроскопических изображениях таких материалов. Ширина меж-
зеренных границ в субмикрокристаллических материалах составляет,
по разным оценкам, от 2 до 10 нм. Неравновесные границы зерен со-
держат большое количество дислокаций, а в стыках зерен существу-
ют нескомпенсированные дисклинации. Плотность дислокаций вну-
три зерен существенно меньше, чем на границах.
122
Do'stlaringiz bilan baham: |
