文献综述
摘要：金属材料的强度和塑性总是相互制约。粗晶材料具有很好的塑性但是强度较低，均质纳米材料的强度很高不过几乎没有塑性。新兴的异质结构纳米材料则在这方面有很大突破，能实现良好的强塑性匹配，同时具备高强度和高塑性。异质结构材料的优异性能取决于其软硬区域相结合的微观结构，通过不同的加工方法可以得到不同的微观结构，进而获得不同的性能。异质结构中的软区域、硬区域以及软硬界面处产生的背应力对材料的强度和塑性有着不同程度的影响。探究拉伸过程中实际的强化机制，寻找最优的加工参数组合，可以制备出具有优异综合性能的异质结构纳米材料，这在工业运用中有重要的意义。
关键词：异质纳米结构、双峰结构、剧烈塑性变形、强塑性匹配、背应力
1、引言
传统的粗晶金属材料具有优异的塑性，但是强度总是很难达到较高水平，纳米材料的出现很好地解决了这个问题。当晶粒尺寸缩小到纳米尺度时，材料强度会提升几倍甚至几十倍。但是，纳米材料仍然存在局限，均质纳米晶材料整体强度的增益会导致塑性的大幅下降，这使其很难在实际生产中大范围应用[1]。纳米结构金属材料最主要的挑战就是如何在提升强度的同时不损失塑性。
为了突破这一局限，科学家将目光转向异质结构材料[2]。最近一些年，新的材料加工技术的出现，使得人们可以在纳米尺度控制微观结构，从而制备出异质结构纳米材料[3]。异质结构材料将硬的纳米晶和软的粗晶结合在一起，使材料同时拥有纳米晶的强度和粗晶的塑性，突破传统材料强塑性相互制约的局限。科学家们首先要解决的问题是找到什么样的粗细晶结构组合可以突破强塑性匹配界限，以及探究是什么样的变形机制在起作用。
2、异质结构纳米材料
异质材料即为结构或成分不均匀分布的材料[4]。材料内部不同区域具有不同的微观结构，这些不同区域的晶粒尺寸可以小到纳米，大到微米，不同形状和大小的区域与区域之间会相互作用、相互影响。由于材料的性能受到微观结构的影响，所以我们可以通过控制不同的加工参数来调整微观结构，进而获得优异的性能。
异质结构包括双峰结构、谐波结构、异质层状结构、梯度结构[5]等等类型。双峰结构是将微米级的晶粒随机嵌入超细晶中构成的结构，利用低温轧制和二次再结晶的方法可以实现[6]。硬的超细晶作为骨架，软的粗晶区域作为填充形成的三维空间网络，即为谐波结构，连续的超细晶网络包裹着粗晶区域，可以有效增加材料均匀拉伸应变，提升材料塑性。软的微晶片层嵌入到硬的超细晶层状基体中即形成异质层状结构，通过异步轧制和再结晶来制备[7]。这些软硬结合的结构，软硬界面附近的软区域内在变形过程中会积累大量的几何必需位错，形成应变梯度，产生较大的长程背应力，背应力的出现则能够有效提升材料强度，并且增强材料加工硬化能力，导致塑性提升。梯度结构则是材料的表面部分随着深度的增加晶粒尺寸逐渐增大[8]，这种结构可以有效规避内部粗晶和表面纳米晶的缺陷，共同发挥优势[9]。表面机械研磨处理、表面机械碾磨处理等方式都可以获得梯度结构。在纳米晶表层的影响下，该材料拥有极高的强度和硬度，又因为粗晶基体的作用，具有良好的塑性，与此同时疲劳性能以及耐磨性也有很大提升。纳米晶和粗晶之间结构尺寸梯度性变化，可以避免因尺寸的突变而造成的性能突变，如此能更容易地对材料进行宏观调控[10]。
