單晶Fe-31.2Pd微柱力學行為的尺寸效應

單晶Fe-31.2Pd（at.%）微柱力學行為的尺寸效應[1]

在有些形狀記憶合金中，馬氏體相變常伴隨著彈性常數的異常降低。對此研究主要集中在塊體材料，對小樣品則鮮有涉獵。還沒有人對此現象的尺寸效應進行研究。另外，形狀記憶合金屈服強度的尺寸效應尚不清楚。這兩個問題即為本文的研究目的。

鐵-鈀單晶結構簡單，變形類似彈性且楊氏模量較低，可以作為楊氏模量和屈服強度的尺寸效應研究的理想材料。

利用FIB從鐵-鈀單晶上切出直徑分別為2，1，0.5，0.4微米的微柱，高徑比為3:1。壓縮結果顯示，楊氏模量隨直徑減少而升高，且整體高於塊體狀態。楊氏模量表現出明顯的尺寸效應。但是，大多數文獻報道楊氏模量與微柱尺寸是無關的。這就尷尬了。什麼原因呢？文中認為，他們選用的材料彈性常數太高，而尺寸效應引起的變化又太小。因此，即使有尺寸效應也被當做是測試誤差忽略掉了。

同樣，屈服強度也表現出明顯的尺寸效應。微柱的屈服強度通常符合冪指數規律，即σy=σ+A?D-n。神奇的是，楊氏模量也符合冪指數規律，且n值與屈服強度相同，為0.34。

從表面滑移跡線以及透射電鏡觀察結果看出，微柱的塑性變形以面孿生為主。孿生的臨界分切應力隨尺寸減少而增加。另外，微柱尺寸越小，晶內缺陷也越少。因此強度隨尺寸減少而增加。

最後，直徑為2和0.5微米的微柱在最大壓縮應變為4%下循環40000周。變形前後應力-應變曲線基本重合，形貌一致，具有很好的循環穩定性。因此，鐵-鈀微柱可以作為微電子機械系統中的熱彈性材料。

至此文章就寫完了，但是還有一個問題需要解答：是什麼導致了微柱的楊氏模量的尺寸效應呢？

[1] F. Xiao, K. Chu, X. Jin, F. Ren, T. Fukuda, T. Kakeshita,Q. Sun, Scr. Mater., 152 (2018) 141-145.

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！