我室非平衡研究部利用透射电子显微镜研究了表面机械研磨（SMAT）处理的纯Cu样品表面层微观结构演变过程和晶粒细化机制。发现对于粗晶Cu，由于应 变速率大小不同，应变导致的晶粒细化机制及最终获得的平衡晶粒尺寸不同。在低应变速率的亚表面层，晶粒细化过程涉及：位错胞形成；位错胞墙转变成小角度取 向差的亚晶界；随应变继续增加，亚晶界演变成随机取向的大角晶界。通过这种细化机制，Cu粗晶晶粒尺寸被细化到最小尺寸大约100 nm以上，随应变继续增加，晶粒尺寸几乎不变。在高应变速率的上表面层，晶粒细化过程包括：（1）高应变、高应变速率引入的高密度纳米尺寸厚机械孪晶细分 原始粗晶成为孪晶-基体层片状的纳米晶粒；（2）层片状纳米晶粒内的位错墙进一步细分孪晶-基体成等轴的纳米尺寸块；（3）这些特殊取向的纳米尺寸块演变 成随机取向的纳米晶粒。通过孪晶与位错相互作用的细化方式，原始粗晶Cu能够细化至纳米量级，最小晶粒尺寸达到大约10 nm。这项研究表明：在塑性应变引入的晶粒细化过程中，应变速率对于晶粒细化机制和最终获得的最小晶粒尺寸大小起到了关键作用。该项研究结果发表在 Acta Materialia (2006;Vol. 54:5281-5291)。

沈阳材料科学国家(联合)实验室供稿