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铜是面心立方结构的的金属，纯铜的层错能不是很高。当发生强烈塑性变形时，纯铜组织结构发生细化，大尺寸晶粒破碎为尺寸更为细小的晶粒。这主要与位错的增殖和运动以及孪晶的形成有关[14]。表面机械研磨技术（SMAT）是一种广泛应用于金属材料表面纳米化，制备梯度纳米结构的方法，该方法在近些年来已经逐渐发展成熟。表面机械研磨技术是通过超声振动器使弹丸振动随机撞击试样表面，使试样表面发生强烈塑性变形。试样表面变形速率能够有效控制是表面机械研磨技术的一大优点。87819
表面纳米化技术可以提高纯铜的强度。实验表明，在液氮温度下，表面纳米化后的纯铜试样屈服强度和抗拉强度可以分别达到600MPa和633MPa，是粗晶铜材料相应强度值的10倍以上[15]。
王科等人的实验研究结果表明，纯铜的晶粒细化机制与应变速率紧密相关[16]。在低应变速率下，组织晶粒细化主要是由于位错的运动。在外加应力的作用下，位错源开动，位错不断增殖，形成位错胞，或者渐渐转变成亚晶界，亚晶界再转变成大角度晶界。这样就使得纯铜晶粒组织得到了细化，微观结构如图1。3所示[16]。在高应变速率下，则是由孪生变形起主要作用[16]。论文网
表面机械碾磨技术（SMGT）是通过碾磨加工头与待处理材料表面的摩擦力，使材料表面发生强烈塑性变形来细化材料的组织结构。机械碾磨技术也被用来在纳米化纯铜表面制备梯度纳米结构[17]。本文使用的旋转加速喷丸技术同SMAT和SMGT原理相同，都是通过机械处理方法使材料表面组织发生强烈塑性变形来细化晶粒组织，获得梯度纳米结构。旋转加速喷丸的弹丸能量更高，撞击速度可控，而且可以垂直撞击材料表面。
纯铜SMAT处理30min后，表面至基体TEM图像
纯铜经过SMAT处理后组织中会产生大量的纳米孪晶[16]。卢磊等对纳米孪晶的研究表明，纳米孪晶的存在是纯铜高强度和良好导电性的重要原因[18]。卢磊等人又对纳米孪晶铜的高塑性机理进行了研究[19]。降低纯铜的层错能，则表面纳米化会导致孪晶的大量产生。