Shear shuffling governs plastic flow in nanocrystalline metals: An analysis of thermal activation parameters
对晶粒尺寸为$\leq$ 10 nm的纳米晶PdAu合金进行了应变速率和温度相关的形变研究，得到了剪切激活体积$6b^3$、应变速率敏感性0.03、Helmholtz激活自由能0.9 eV和Gibbs激活自由能0.2 eV。发现金属玻璃的值的密切相似性表明，晶界介导的剪切洗牌占主导地位的可塑性在低端的纳米尺度。更根本的是，我们发现，能量势垒高度表现出普遍的缩放行为$ΔG \propto Δτ^{3/2}$，其中$Δτ$是一个剩余的负载，从而产生了一个推广的Johnson-Samwer $T^{2/3}$的金属玻璃中的屈服标度律。
2014-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Emergence of localized plasticity and failure through shear banding during microcompression of a nanocrystalline alloy
微压缩测试用于探测纳米晶合金的单轴应力-应变响应，重点在于探索晶粒尺寸和晶界松弛状态如何影响完整的流动曲线和失效行为。屈服强度，应变硬化，应变失效，和失效模式的纳米晶Ni-W薄膜的平均晶粒尺寸为5，15，和90 nm的研究，使用无锥度的微柱是足够大，以避免外在尺寸效应。观察到强化与晶粒细化，但通过应变局部化的灾难性故障被发现。剪切带被发现会导致失效，类似于金属玻璃的变形。最后，我们研究了晶界状态的影响，采用热处理，放松非平衡边界结构，但离开晶粒尺寸不变。一个显着的强化效果和增加应变局部化后，观察到在更细的晶粒样品松弛。
2014-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Grain-boundary segregation delays the onset of plastic flow in nanocrystalline Fe-18Cr-12Ni
National Institute of Technology Jamshedpur（贾姆谢德布尔国家技术学院）
通过MD/MC模拟发现，纳米晶Fe-18Cr-12Ni中晶界偏析（Ni贫化、Cr富集）延迟塑性流动起始，提高峰值应力，其作用主要发生在早期塑性流动阶段。
2026-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Deformation Induced Complexion Transitions in Nanocrystalline Alloys
研究了纳米晶（NC）$\mathrm {Pd_{90}Au_{10}}$在制备、热松弛和塑性形变后的晶界缺陷。通过比较从原子计算机模拟和量热法的结果，我们表明，增加平衡NC $\mathrm {Pd_{90}Au_{10}}$试样的塑性形变引起的存储GB焓的增加$Δγ$。我们解释这种变化的$Δγ$作为应力诱导的肤色从低能量到高能量GB-核心状态的转变。事实上，GB不仅表现为零维和一维缺陷的源和汇，或作为迁移障碍，后者，但也有能力通过其核心结构的构型变化，因此GB焓存储变形的历史。这种情况可以理解为在非平衡条件下的连续复合转变，这与加载-卸载条件下的滞后效应有关。
2014-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Disordered vs. Short-Range-Ordered Complexions: Consequences for Grain-Boundary-Mediated Plasticity in Nanocrystalline Al-Ni Alloys
The University of Vermont（佛蒙特大学）
通过蒙特卡洛和分子动力学模拟，研究了纳米晶Al-Ni合金中非晶态与短程有序晶界复合相对力学性能的影响，发现非晶复合相通过剪切转变区促进均匀塑性但强度较低，而短程有序复合相导致应力集中和剪切局域化但强度更高。
2026-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the magnetic properties of nanocrystalline Cu-Co alloys prepared by high-pressure torsion and isothermal annealing
在这项研究中，严重的塑性形变高压扭转被用来作为大量的纳米晶磁性CuCo合金的制造方法。通过随后的等温退火，可以获得过饱和固溶体的相分离。的磁性能的处理和退火的材料进行了系统的研究和相关的发展中的纳米结构的详细研究，通过透射电子显微镜和原子探针断层扫描。通过在液氮温度下进行额外的高压扭转变形，可以进一步调节Cu 74 Co 26合金的磁性能。
2018-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Sampling the Cu-Fe-Co phase diagram by severe plastic deformation for enhanced soft magnetic properties
通过高压扭转使Cu、Fe和Co的初始粉末混合物经受剧烈的塑性形变以制备固溶体。广泛的组合物进行了研究，而本研究的目的是合成的软磁材料，因此在形成一个均匀的纳米晶微观结构。对于中等铁磁含量，在室温下高压扭转产生单相过饱和固溶体。对于更高的铁磁含量，在不同温度下的两个连续步骤的高压扭转变形产生所需的纳米晶微观结构。取决于Co与Fe的比率，形成单相过饱和固溶体或纳米复合材料。该复合材料表现出增强的磁矩，表明在严重的塑性形变时形成（Fe，Co）-合金。对于大的Co/Fe比，验证了软磁性能，并且发现这种微结构在高达400 °C时保持稳定。
2021-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Microstructural Changes Influencing the Magnetoresistive Behavior of Bulk Nanocrystalline Materials
采用室温高压扭转的剧烈塑性形变方法制备了中、小铁磁含量的块体纳米晶材料。在形变态材料中发现了巨磁阻效应，通过热处理调整材料的微观结构，可以进一步改善材料的巨磁阻效应。适当的退火温度范围进行了评估与原位同步辐射衍射测量。热处理后的CuCo材料在300 ℃下退火1 h后显示出较大的巨磁电阻，而CuFe材料的退火温度过高，降低了磁电阻性能。通过热处理的磁阻的改善进行了讨论相对于通过电子显微镜和非原位同步辐射衍射测量观察到的微观结构的演变。
2020-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Phase separation of a supersaturated nanocrystalline Cu Co alloy and its influence on thermal stability
研究了一种平均晶粒尺寸约为100 nm的Cu Co过饱和固溶体在非等温和等温退火条件下的热分解行为、组织演变及其对力学性能的影响。纯的细晶粒Cu和Co在退火时表现出大量的晶粒生长，而Cu Co合金在相同的退火温度下是热稳定的。退火后的微观结构进行了研究，通过独立的表征方法，包括扫描电子显微镜，电子能量损失谱和原子探针层析成像。在Cu Co合金的相分离过程中进行相同的机制，但在不同的长度尺度上：细尺度的调幅型分解观察到在晶粒内部，同时具有较大规模的Co和Cu区域形成的晶界区域附近。随后在较高的退火温度下的晶粒生长导致由纯平衡相组成的微观结构。这样的机制可以用于定制纳米结构以优化某些特性。
2016-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary complexions and the strength of nanocrystalline metals: Dislocation emission and propagation
已经观察到晶界络合物影响纳米晶金属的机械行为，提高强度和延展性。虽然存在改善延展性的解释，但观察到的对强度的影响仍然无法解释。在这项工作中，我们使用原子模拟探索有序和无序的两个变形机制，这是必不可少的纳米晶塑性，即位错发射和传播的影响。Cu-Zr中的有序和无序晶界复合体都具有过剩自由体积的特征，并通过降低临界发射应力来促进位错发射。或者，这些络合物的特征在于强位错钉扎区域，其增加位错传播所需的流动应力。这种钉扎区域是由在晶粒-络合物界面处的凸缘和溶质原子引起的，并且可能取决于络合物状态以及基质和溶质元素之间的原子尺寸失配。在我们的位错传播模拟中观察到的趋势与现有的实验数据一致，表明位错传播是纳米晶Cu-Zr合金塑性背后的限速机制。
2018-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
In situ high-cycle fatigue reveals the importance of grain boundary structure in nanocrystalline Cu-Zr
纳米晶体金属通常具有高的疲劳强度，但对裂纹扩展的抵抗力低。非晶晶界膜是无序的晶界络合物，其已被证明在单调加载期间通过扩散晶界应变集中来延迟裂纹成核和减缓裂纹扩展，这表明它们也可能有益于疲劳性能。为了探讨这一假设，在原位透射电子显微镜疲劳循环进行Cu-1原子%。Zr薄膜经热处理后，要么只具有有序的晶界，要么含有非晶的晶间膜。只有有序晶界的样品经历了晶粒粗化裂纹萌生，然后由不稳定的裂纹扩展和广泛的nanocracking，而含有非晶间膜的样品没有晶粒粗化裂纹萌生，然后由稳定的裂纹扩展和分布的塑性活动。通过简单的热处理控制这些行为的微结构设计可以允许纳米晶金属疲劳韧性的改善。
2018-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure, mechanical properties and aging behaviour of nanocrystalline copper-beryllium alloy
本文报道了大塑性形变Cu -2wt%Be合金粗晶和纳米晶时效动力学的综合研究。结果表明，粗晶合金时效后，连续形成纳米级的体心立方（bcc，CsCl型）半共格颗粒，其晶体取向关系为{220} Cu // {200} CuBe。这些颗粒产生了显着的内部应力场，并成为位错滑移的障碍，导致硬度从95维氏硬度（HV）的溶解合金到400 HV的老化的变化。剧烈的塑性形变导致形成平均晶粒尺寸为20 nm和HV为390的单相纳米晶组织。结果发现，该晶粒尺寸轻微驱动晶界偏析。纳米晶合金的进一步时效导致沉淀物在原Cu晶界上的不连续形成和亚稳相的跳跃。观察到老化纳米结构合金的最大硬度为466 HV的显著的时效硬化。力学性能测试结果表明，对于粗晶和纳米晶合金，显微组织和进一步时效对合金的强度性能都有很大的影响。纳米结构合金具有良好的热稳定性。CuBe相的硬度值的理论计算。结果表明，Be作为一种轻合金元素，可以直接改变大变形铜合金的显微组织。
2020-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Size-Dependent Tensile Behavior of Nanocrystalline HfNbTaTiZr High-Entropy Alloy: Roles of Solid-Solution and Short-Range Order
本研究通过机器学习加速的分子动力学模拟，揭示了HfNbTaTiZr难熔高熵合金中随机固溶体与化学短程有序对尺寸依赖性拉伸行为及塑性机制的差异化影响，并建立理论模型预测临界晶粒尺寸，为合金纳米结构工程优化提供新见解。
2025-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Deformation and adiabatic heating of single crystalline and nanocrystalline Ni micropillars at high strain rates
该研究通过原位微柱压缩实验，探究单晶与纳米晶镍在高应变速率下的变形机制，并利用晶体塑性有限元模拟揭示绝热加热效应，发现纳米晶镍晶界处温升显著。
2025-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Energy evolution in nanocrystalline iron driven by collision cascades
本研究通过分子动力学模拟纳米晶铁的碰撞级联，对比不同制备方法的纳米晶与单晶的辐照行为，发现辐照诱导退火效应及能量演化规律，并建立了相应的解释模型。
2025-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Stress induced martensitic transformation in NiTi at elevated temperatures: martensite variant microstructures, recoverable strains and plastic strains
该研究通过热机械测试与透射电镜微观结构重构，揭示高温下NiTi形状记忆合金功能丧失源于应力诱导马氏体抗塑性变形能力不足，而非奥氏体塑性变形。
2024-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Processing of nanostructured bulk Fe-Cr alloys by severe plastic deformation
研究了强塑性形变（SPD）处理不同化学成分的铁磁性Fe和反铁磁性Cr二元合金的工艺。虽然在较低温度下的相图表现出很大的差距在结晶平衡，它表明，基于SPD的技术有助于克服常见的加工限制。在这项工作中，包括初始球磨（BM）和电弧熔化（AM）和串联与退火处理之前的高压扭转（HPT）变形的不同的处理路线进行了比较。通过电子显微镜和同步辐射X射线衍射研究变形后的微观结构，发现HPT变形的AM合金具有均匀的纳米晶组织。粉末混合物和BM粉末的HPT变形导致硬度过度增加或$σ$相的异常快速形成，因此阻碍成功的加工。
2021-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Stabilization of mechanical strength in a nanocrystalline CoCrNi concentrated alloy by nitrogen alloying
本文研究氮合金化对纳米晶CoCrNi中熵合金力学性能的影响，发现添加0.5at% N可细化晶粒、提高强度并增强热稳定性，但500 °C退火后塑性急剧下降。
2024-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Intermetallic particle heterogeneity controls shear localization in high-strength nanostructured Al alloys
采用原位微柱压缩试验研究了Al-Mg-Y和Al-Fe-Y两种纳米晶铝合金的力学行为。这两种合金都通过分级显微结构得到强化，包括晶界偏析、纳米厚的非晶络合物、尺寸为几纳米的碳化物纳米棒沉淀物和亚微米级的金属间化合物颗粒。Al-Mg-Y系统的最大屈服强度被测量为950 MPa，超过Al-Fe-Y系统的最大屈服强度（680 MPa），这主要是由于更多的碳化物纳米棒和更多的无定形络合物的组合。这两种合金的屈服强度远高于商用铝合金，因此具有很大的结构应用潜力。然而，一些微柱试样观察到塑性软化通过剪切带。事后调查显示，金属间的自由变形路径的几个微米的长度负责这种失败。进一步表征显示剪切带内的显著晶粒生长。粗化的晶粒彼此保持相同的取向，指向塑性流动的晶界机制，特别是晶粒旋转和/或晶界迁移。金属间化合物颗粒的存在使得基体和金属间化合物晶粒由于不同的晶格参数和滑移系而难以旋转到相同的取向。因此，我们可以得出这样的结论：均匀分布的金属间化合物颗粒的平均间距小于渗流长度的剪切局部化可以有效地防止剪切带的成熟，提供了一个高强度和稳定的塑性流动的高强度纳米晶铝合金的设计策略。
2022-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Oxide-stabilized microstructure of severe plastically deformed CuCo alloys
纳米晶体材料因其有益的机械和物理性质而众所周知。然而，在高温下稳定微观结构以拓宽应用窗口是至关重要的，例如通过杂质或氧化物钉扎晶界。CuCo合金，严重的塑性变形，使用高压扭转，被用来研究退火后的氧化物的演变。这些调查进行了电子显微镜，同步辐射高能X射线散射和原子探针断层扫描。通过原位小角散射研究监测氧化物的演变表明，在高温下，初级氧化物的生长以及另一种氧化物的形成。在热处理样品中可以观察到略微不同的粗化，这可以追溯到不同氧化物量的影响。最初过饱和的CuCo基质的变化，分解过程以及钴和铜基氧化物的形成和生长。已经发现，退火后存在的主要数量的氧化物已经可以在起始材料中找到。
2022-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Ag and Zr solutes on dislocation emission from the Σ11(332)[110] symmetric tilt grain boundary in fcc Cu
溶质的添加通常用于稳定纳米晶体材料以防止晶粒生长。然而，这些溶质在晶界处偏聚，也影响在外加应力下从晶界处的位错成核的过程。使用原子模拟，我们证明了溶质对位错成核的影响强烈地依赖于溶质在晶界处的分布，这可以根据溶质类型而显着变化。特别是，我们的研究结果表明，具有较小的尺寸失配的溶质可以更有效地抑制位错发射从晶界。考虑到位错滑移源于晶界或其三重连接点是塑性形变的主要机制时，晶粒尺寸减小到纳米级，我们强调的重要性，寻找最佳的溶质添加剂，这将稳定的纳米晶材料对晶粒生长，并在同一时间，有效地抑制从晶界的位错成核。
2017-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Martensitic transformation induced by cooling NiTi wire under various tensile stresses: martensite variant microstructure, textures, recoverable strains and plastic strains
该研究探究不同拉应力下冷却纳米晶NiTi丝的马氏体相变行为，明确了应力对马氏体变体结构、织构、可回复应变及塑性应变的调控规律，揭示了外应力下马氏体相变的演化机制与塑性变形来源。
2024-06-21 cond-mat.mtrl-sci
On the magnetic nanostructure of a Co-Cu alloy processed by high-pressure torsion
本文介绍了一种利用高压扭转变形制备具有软磁性能的Co-Cu合金的方法。Co-Cu合金是由Co含量大于70 wt.%的初始粉末混合物制备的，经过变形后得到纳米晶过饱和单相组织。高达400°C的等时退火处理进一步揭示了显着的微观结构稳定性。仅在600°C下，过饱和相分解成两个fcc相。作为退火温度的函数，SQUID测量的介电常数，保持显着低于在所有状态下的散装钴的值。为了详细了解所测量的磁性能，通过磁力显微镜对磁性微观结构进行定量分析，并与所观察到的磁性变化相关联。我们的研究结果表明，上升的磁化率可以解释由磁硬化效应发生的上下文中与Spinodal分解。
2021-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Deformation-induced amorphous complexion transitions elevate strength and ductility
UCLouvain（瓦隆天主教大学）；Université Sorbonne Paris Nord（索邦巴黎北大学）；Chimie ParisTech, Institut de Recherche de Chimie Paris（巴黎化学学院，巴黎化学研究院）；Aix-Marseille Université（艾克斯-马赛大学）；NanoMegas SPRL（纳米兆斯有限公司）；WEL Research Institute（WEL研究所）
研究发现塑性变形可在室温下驱动纳米晶CuZr合金的非晶相变，该机制同时将屈服强度、断裂应变和拉伸韧性提升约两倍，为纳米金属损伤容限增强提供了非热路径。
2026-09-21 cond-mat.mtrl-sci
High temperature mechanical properties and microstructure of hard TaSiN coatings
采用纳米压痕法测量了反应磁控溅射TaSiN涂层的室温和高温力学性能（25 ~ 500 ℃）。断裂韧性也进行了评估，在类似的温度范围内使用微柱分裂方法。通过X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）分析，研究了氮浓度对TaSiN涂层高温试验前后相组成和显微结构的影响。XRD谱显示六方$γ$ -Ta 2N为主相的宽峰，较高的N含量出现立方$δ$ -TaN相。相组成在500 ℃测试前后保持不变。然而，在高温测试之后，TEM分析显示存在氧化物表面层，其厚度随着N含量降低（从42至15 nm），这是由于残余氧扩散，其取代氮以形成非晶SiOx。在富氧化物的表面层之下，涂层表现出稳定的纳米晶柱状微观结构。硬度和断裂韧性随着N含量的增加而增加，最初是由于在晶界处形成无定形Si-N组织，并且对于甚至更高的N含量，是由于硬立方$δ$ -TaN相的出现。在500 ℃下的硬度仅下降了15%，而断裂韧性遵循相反的趋势，由于随温度的塑性增加。最佳成分为Ta_（55）Si_（10）N_（35），在500 ℃时硬度仍保持在30 GPa左右，硬度最高。这些观测结果使得该系统对于高温应用非常有趣。
2020-07-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
