电流密度对直流电解沉积纳米孪晶Cu微观结构的影响.pdf

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1、第49卷第5期金属学玫Vl01．49No．52013年5月第635—640页ACTAMETALLURGICASINICAMay2013PP．635—640电流密度对直流电解沉积纳米孪晶Cu微观结构的影响沫金帅潘庆松卢磊(中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室，沈阳110016)摘要采用直流电解沉积技术，制备出具有高密度择优取向的纳米孪晶结构块体Cu样品．样品由微米级柱状晶粒构成，晶粒内有高密度的平行于生长基面的共格孪晶界面．研究发现，电流密度对于纳米孪晶Cu的晶粒尺寸有明显影响，但对其织构和孪晶片层厚度影响不大．当电流密度从

2、10mA／cm增加到30mA／cm，纳米孪晶Cu的平均晶粒尺寸从10．1pin减小到4．2m，孪晶片层厚度为30—50nm．其原因是随电流密度的增加，阴极的过电位增大，从而使晶粒细化．关键词Cu，直流电解沉积，电流密度，纳米孪晶，晶粒尺寸中图法分类号TG146文献标识码A文章编号0412-1961(2013)05—0635—06MICR0STRUCTUREDEPENDENCE0FDIRECT—CURRENTELECTRoDEPoSITEDBULKCuWITHPREFERENTIALIoRIENTEDNAN0TWINSoNTHECURRE

3、NTDENSITIESlNShuaiPANQingsong．LULeiShenyangNationalLaboratoryforMaterialsScience，InstituteofMetalResearch，ChineseAcademyofSciencesShenyang110016Correspondent：LULei，professor,f24)23971939，mail：flu@mr．ac．cnSuppoSedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(Nos．50890171and51

4、071153)andNationafBasicResearchProqramofChinaNo．2012CB932202)Manuscriptreceived2013-01—10，inrevisedf0rm一2013—03-03ABSTRACTBulkCUwithpreferentiallyorientednanoscaletwinswassynthesizedbymeansofdirect-currentelectr0deD0siton．ThenanotwinnedCusampleiscomposedofcolumnargrainsw

5、ithhighdensitynanoscalecoherenttwinboundaries．mostofwhichareparalle1tothegrowthplane．ItwasfoundthatthecurrentdensitiesplayanimportantroleonthegrainsizeofthenanotwinnedCUsamples，however，anon-obviousefectwasfoundonthetwinlamellarthickness．Withincreasingthecurrentdensitiesf

6、rom10mA／cmto30mA／cm2．theaveragegrainsizeofthebulknanotwinnedCUsampleswasdecreasedfromabout10．1mto4．2m．Whilethetwin1amellarthicknesswasunchangedobviouslyandiUtherangeof30—50nm．ThisiSbecausethatwiththeincreaseofcurrentdensity,theoverpotentialofcathodeincreasesandthegrainre

7、finementoccurs．KEYWoRDSCu，direct-currentelectrodepOstion，currentdensity，nanotwins，grainsize多晶体金属材料的晶粒细化至纳米尺度时可有效提着孪晶片层的减小，材料的强度得到普遍提高．例如，当孪高其强度，但是材料的塑性和加工硬化能力却大幅度下晶片层厚度减小至15nm时，Cu的强度达到最大值，约降[1-a]．近年来，纳米孪晶金属因其独特的力学及物理为900MPa[’．进一步减小孪晶片层厚度，材料的强度会性能受到材料学界的普遍关注[a-s]．研究[6-s]发

8、现，随随孪晶片层厚度的减小而降低，但塑性和加工硬化能力却呈单调增加趋势．这与传统的细晶强化机制明显不同．研究【bJ表明，位错与孪晶界的交互作用对材料的力学性能起着至关重要的作用．一方面，位错可塞积于孪晶界上