Electrometallurgy Today, 2016, №01



2016 №01 (07)

DOI of Article 10.15407/sem2016.01.08

2016 №01 (09)

---

Современная электрометаллургия, 2016, #1, 51-57 pages
 

Деформационное поведение вакуумных конденсатов меди и никеля в наноструктурированном состоянии

А.И. Устинов, Е.В. Фесюн, Т.В. Мельниченко, Ю.А. Хохлова

Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины. 03680, Киев-150, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
 
Abstract
Исследована микро- и субструктура конденсатов ГЦК-металлов, полученных методом электронно-лучевого испарения и осаждения в вакууме. Показано, что при снижении температуры осаждения в конденсатах формируются наноструктурированные состояния, отличающиеся субструктурой зерен: нанодвойниковая в случае меди и нанофрагментированная — никеля. При переходе субструктуры из монодоменного состояния зерен меди в полидоменное (нанодвойниковое) угол наклона зависимости Холла–Петча изменяется, тогда как для конденсатов с нанофрагментированной субструктурой зерен никеля линейная зависимость сохраняется. Кроме того установлено, что степень чувствительности пластического течения к скорости деформации значительно увеличивается для нанодвойниковых конденсатов меди, для конденсатов никеля она не имеет значительного влияния на деформационное поведение материала. Такие отличия в пластической деформации наноструктурированных конденсатов меди и никеля могут быть связаны с разным типом границ между элементами их субструктуры: когерентные границы в случае нанодвойниковой субструктуры зерен меди и дислокационные, малоугловые между нанофрагментами зерен меди. Бибилиогр. 31, ил. 6.
 
Ключевые слова: нанодвойники; нанофрагменты; вакуумные конденсаты; электронно-лучевое испарение; микротвердость; наноиндентирование
 
Received:                09.02.16
Published:               25.06.16
 
 
References
  1. Andrievsky, R.A., Glezer, A.M. (1999) Dimensional effects in nanocrystalline materials. 1. Structure peculiarities. Thermodynamics. Phase equilibriums. Kinetics phenomena. Phyzika Metallov i Metallovedenie, 88, 1, 50–73.
2. Andrievsky, R.A., Glezer, A.M. (2000) Dimensional effects in nanocrystalline materials. 2. Mechanical and physical properties. Physika Metallov i Metallovedenie, 89, 1, 91–112.
3. Kumar, K.S., Van Swygenhoven, H., Suresh, S. (2003) Mechanical behavior of nanocrystalline metals and alloys. Acta Materialia, 51, 19, 5743–5774. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2003.08.032
4. Meyer, M.A., Mishra, A., Benson, D.J. (2006) Mechanical properties of nanocrystalline materials. Progress in Materials Science, 51, 4, 427–556. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2005.08.003
5. Andrievsky, R.A., Glezer, A.M. (2009) Strength of nanostructures. Uspekhi Phisicheskikh Nauk, 179, 4, 337–358. https://doi.org/10.3367/UFNr.0179.200904a.0337
6. Gutkin, M.Yu., Ovidko, I.A. (2003) Yield strength and plastic deformation of nanocrystalline nanomaterials. Uspekhi Mekhaniki, 2, 1, 68–125.
7. Sanders, P.G., Eastman, J.A., Weertman, J.R. (1997) Elastic and tensile behaviour of nanocrystalline copper and palladium. Acta Mater., 45, 10, 4019–4025.
8. Chen, J., Lu, L., Lu, K. (2006) Hardness and strain rate sensitivity of nanocrystalline Cu. Scripta Materialia, 57, 12, 15813–1586. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2006.02.022
9. Wang, Y.M., Wang, K., Pan, D. et al. (2003) Microsample tensile testing of nanocrystalline copper. Ibid., 48, 11, 1913–1918.
10. Dalla Tore, F., Van Swygenhoven, H., Victoria, M. (2002) Nanocrystalline electrodeposited Ni: microstructure and tensile properties. Acta Mater., 50, 15, 3957–3970.
11. Lu, L, Shen, Y.F., Chen, X, Qian, L, Lu, K. (2004) Ultrahigh strength and high electrical conductivity in copper. Science, 304, 422–426. https://doi.org/10.1126/science.1092905
12. Shen, Y.F., Lu, L., Lu, Q.H. et al. (2005) Tensile properties of copper with nano-scale twins. Scripta Mater., 52, 10, 989–994.
13. You, Z.S., Lu, L., Lu, K. (2011) Tensile behavior of columnar grained Cu with preferentially oriented nanoscale twins. Acta Materialia, 59, 6927–6937. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2011.07.044
14. Jiddu, Bezares, Shuyin, Jiao, Yue, Liu et al. (2012) Indentation of nanotwinned fcc metals: Implications for nanotwin stability. Acta Materialia, 60, 4623–4635. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2012.03.020
15. Lu, L., You, Z.S., Lu, K. (2012) Work hardening of polycrystalline Cu with nanoscale twins. Scripta Materialia, 66, 837–842. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2011.12.046
16. Chen, X.H., Lua, L., Lu, K. (2011) Grain size dependence of tensile properties in ultrafine-grained Cu with nanoscale twins. Ibid., 64, 311–314.
17. Severdenko, V.P., Tochitsky E.I. (1968) Structure of thin metal films. Minsk, Nauka i Tekhnika.
18. Lu, L., Schwaiger, R., Shan, Z.W. et al. (2005) Nano-sized twins induce high rate sensitivity of flow stress in pure copper. Acta Mater., 53, 7, 2169–2179.
19. Shen, Y.F., Lu, L., Dao, M. et al. (2006) Strain rate sensitivity of Cu with nanoscale twins. Scripta Mater., 55, 4, 319–322.
20. Chen, J., Lu, L., Lu, K. (2006) Hardness and strain rate sensitivity of nanocrystalline Cu. Ibid., 57, 12, 1581–1586.
21. Lu, L., Li, S.X., Lu, K. (2001) An abnormal strain rate effect on tensile behavior in nanocrystalline copper. Ibid., 45, 10, 1163–1169.
22. Wang, Y.M., Ma, E. (2003) Temperature and strain rate effects on the strength and ductility of nanostructured copper. Applied Physics Letters, 83, 15, 3165–3167. https://doi.org/10.1063/1.1618370
23. Schwaiger, R., Moser, B., Dao, M. et al. (2003) Some critical experiments on the strain-rate sensitivity of nanocrystalline nickel. Acta Materialia, 51, 17, 5159–5172. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(03)00365-3
24. Wei, Q., Cheng, S., Ramesh, K. T. et al. (2004) Effect of nanocrystalline and ultrafine grain sizes on the strain rate sensitivity and activation volume: fcc versus bcc metals. Materials Science and Engineering A, 381, 1–2, 71–79. https://doi.org/10.1016/j.msea.2004.03.064
25. Ustinov, A.I., Fesiun, E.V., Melnichenko, T.V. et al. (2007) Effect of substrate temperature on micro- and substructure of copper condensates, deposited from vapor phase. Sovrem.Elektrometall., 4, 19–26.
26. Ustinov, A.I., Fesiun, O.V. (2010) Effect of substrate temperature on the structure of Ag–Cd condensates. Surface Coatings Technol., 204, 1774–1778.
27. Ustinov, A.I., Fesiun, E.V., Melnichenko, T.V. et al. (2010) Effect of microstructure of vacuum condensates of nickel on their strength properties. Nanostrukturnoe Materialovedenie, 4, 45–53.
28. Golovin, Yu.I. (2008) Nanoindentation and mechanical properties of solid bodies in submicrovolumes, thin near-surface layers and films (Review). Phyzika Tvyordogo Tela, 50, 12, 2113–2142.
29. Vishnyakov, Ya.D. (1970) Packing defects in crystalline structure. Moscow, Metallurgiya.
30. Conrad, H. (2003) Grain size dependence of the plastic deformation kinetics in Cu. Mater. Sci. Eng. A, 341, 216–228.
31. Konopka, K., Misera, J., Wyrzykowski, J.W. (2000) The generation of dislocations from twin boundaries and its effect upon the flow stresses in FCC metals. J. Mater. Process. Technol., 99, 255–259.