文 献 综 述
铜是一种常见的有色金属，在人们的生活生产中有着广泛的应用。通过纳米化，可以显著提高纯铜的强度。在纳米铜等FCC结构金属中，有晶界强化和晶内位错强化的双重作用[1]。剧烈塑性变形法（SPD）在液氮温度制备的纳米晶铜，经过低温轧制之后，强度可以提升到460MPa[2]。Y.Zhang等人研究发现，含有纳米孪晶的纳米块状DPD纯铜具有高导电性和高强度[3]。纳米铜还具有超塑延展性，2000年中科院金属研究所发现，发丝状的纳米铜室温下冷轧可从1厘米左右延伸到近1米，厚度也从1毫米减为20微米。因此纳米铜一直是纳米金属研究的重要对象。但是纳米铜和所有纳米材料都面临着相同的问题，如由于晶粒尺寸达到纳米级别,纳米晶材料的晶界密度大幅度提高，给晶粒粗化提供了驱动力，因此与粗晶材料相比，纳米晶材料的粗化温度显著降低[4]。对有些金属来说，比如Cu和Pd，甚至在室温环境下就会发生晶粒粗化[5]。而晶粒粗化则会导致纳米晶材料的力学性能大幅下降，因此限制了纳米晶材料的应用。
为了提升纳米材料的热稳定性，合金化是一种公认的解决办法。按照传统的动力学理论，添加合金元素可以降低晶粒的生长速度。从热力学上说，纳米结构的热力学稳定化方法是向多晶体中添加有倾向占据晶粒内部附近晶界位置的合金元素（溶质），来减少交界面的能量损耗[6]。对于固溶体合金，溶质原子和第二相粒子可能会对合金的热稳定性产生影响。通常低温时，溶质原子并未脱溶析出，溶质原子的晶界偏析和拖拽效应将阻碍晶粒长大；随着温度的升高，溶质原子脱溶析出后，第二相纳米颗粒将起到稳定晶粒的作用[7]。Paul C.Millett 等人对铜合金做了仿真研究，掺杂原子可以改变晶界能量，理论上晶界能量甚至可以减少到0[8]。已有研究表明，在铜中加入锆可以提升不稳定温度到400℃[9]。
超低温环境下进行塑性变形也有可能提升材料的热稳定性。X.Zhou等人[10]研究发现，在低温下进行塑性变形，并使晶粒尺寸小于一临界晶粒尺寸时，纳米铜和纳米镍的稳定性有了显著提高，纳米晶甚至能在粗晶的再结晶温度以上仍然保持稳定。在对铜的研究中发现，晶粒尺寸大于70nm时，晶粒粗化温度随着尺寸的减小而降低；当晶粒尺寸小于70nm时，越细小的纳米晶越稳定，它们的不稳定温度甚至可以提升至0.45Tm（Tm为平衡熔点），高于粗晶粒铜的再结晶温度（通常是0.4Tm）。但这出现在突破临界尺存情况下，普适性有待证明。
合金化处理中，第二相颗粒可以在提升合金材料的热稳定性同时，提升材料的力学性能和导电性能。Kun Xia Wei等人，研究了经历大塑性变形的Cu-0.5%Cr合金的力学性能[11]。在450℃时效处理1h后，极限抗拉强度稍有下降，但应力应变曲线展现了良好的塑性。而与时效前35%IACS的电导率相比，时效后可以达到84%IACS。
而在CuZr合金中，随着温度降低，Zr的溶解度显著降低，过饱和Zr原子形成Cu5Zr析出相。然而Cu5Zr通常呈粗大颗粒，对合金强度强化作用不明显。A.Kauffmann 等人研究[9]发现，低温拉拔CuZr0.21合金丝，经过初始退火处理，极限抗拉强度可以达到625 MPa，电导率约为60%IACS。初始时效处理的CuZr0.21，在相同形变状态下，观察到略低的极限抗拉强度，为600MPa，和约为86%IACS的电导率。和CuCr合金相比，CuZr合金导电性有了进一步提高。
从微观上来看，经历低温塑性变形的纳米晶的力学性能主要由分位错的延伸扩展所主导[12]。大形变量和低温会导致缺陷类型以堆垛缺陷和孪晶晶界为主[13, 14]，纳米晶的形成来自于纳米孪晶和堆垛缺陷的破碎或它们的板状束的剪切带，因此很多晶界在低能量状态，于低温塑性加工的材料性质一致。晶粒尺寸小于10nm Cu所存储的位错将会很快被吸收，从而使得晶界滑移和Coble蠕变控制蠕变过程。对于~23nm Cu，蠕变过程则是由起初的位错运动和之后的晶界滑移所主导[15]。纳米铜尺寸小于70nm时，分位错成为变形的主导因素，因此推进了晶界能量释放过程。纳米晶内在的热稳定性来自于，由于塑性变形中分位错的激活，晶界自发地向低能量状态进行转变。纳米晶再结晶和晶粒粗化的驱动力主要来自于储存在位错和晶界中的能量。晶粒尺寸小于100nm时，晶界中能量明显下降。晶界能量的降低来自于晶粒细化结构和塑性变形中晶界能量释放过程[10]。而合金化能够增强热稳定性的解释是，多晶体中的晶粒粗化现象主要来自于晶界的运动过程，粗化动力学可通过第二相的钉扎作用来抑制（溶质或析出的第二相 ）。偏析作用使晶界能量下降，导致晶粒粗化的热力学驱动力减小。在FeP，Pd-Zr里的实验都已经证实了这一点[16,17]。
此外，J.Z.Long等人还研究了梯状纳米晶铜的应对循环应力的情况。他们将纳米晶在晶粒尺寸很小时应对循环应力的能力增强归因为，晶粒的异常长大和位错变形纹理抑制了金属表面的挤出或侵入[18]。
在对纳米合金的制备上，通常选用等角通道挤压（ECAP）产生的大塑性形变使金属晶粒尺寸达到超细晶/纳米晶级别，也可用表面机械磨削处理方法来制备梯度纳米晶。梯度纳米晶通常用来研究不同晶粒尺寸对材料性能的影响和不同晶粒尺寸之间的相互影响关系。此外，也可直接烧结纳米级粉末来制备。对于化学性能比较活泼的金属，可采用HDDR处理(hydrogenation–disproportionation–desorption–recombination process)，将金属材料组分体氢化并反应，脱氢处理后晶粒仍保持在纳米级，纯镁用此方法制备后仍保持较好的力学性能[19,20]。
对力学性能的研究通常是用显微硬度计来测量金属硬度，单向拉伸实验测量材料的抗拉强度，动态电阻率测试测量材料的电阻率。用TEM观察材料的显微组织，并将其与宏观性能相对比结合。
