分子動(dòng)力學(xué)模擬納米晶Cu-Ni結(jié)構(gòu)變形機(jī)制.pdf

1、納米晶Cu/Ni體系中Ni元素含量的改變，可以對(duì)磁性、硬度、楊氏模量等特性進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于Cu/Ni合金結(jié)構(gòu)具有防腐蝕、抗污、電催化，高抗拉強(qiáng)度、耐磨等特性，使得Cu/Ni合金在表面涂料或微納系統(tǒng)等領(lǐng)域具有非常好的應(yīng)用前景。在對(duì)納米多晶金屬進(jìn)行沖擊加載時(shí)常會(huì)導(dǎo)致晶界滑移或位錯(cuò)堆積，在晶界上產(chǎn)生孔洞。由于沖擊加載時(shí)的瞬時(shí)性特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)上對(duì)該過(guò)程進(jìn)行測(cè)試表征難度較大，多晶金屬中孔洞的生長(zhǎng)合并導(dǎo)致動(dòng)態(tài)破壞的機(jī)制仍然不清楚。孔洞的形成和生長(zhǎng)對(duì)納米

2、晶材料的壽命及穩(wěn)定性影響深遠(yuǎn)，對(duì)其研究具有重要的價(jià)值與意義。本文主要基于Cu、Cu/Ni體系，利用分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)其納米晶結(jié)構(gòu)拉伸條件下的力學(xué)特性、孔洞生長(zhǎng)及微觀結(jié)構(gòu)演化特點(diǎn)進(jìn)行模擬研究，為設(shè)計(jì)符合要求的納米晶材料提供借鑒指導(dǎo)作用。具體內(nèi)容如下：
　　首先，模擬了含孔洞納米多晶銅在單軸拉伸和三軸拉伸條件下的演化特點(diǎn)。結(jié)果表明對(duì)于不含孔隙的模型，孔洞的產(chǎn)生主要集中在晶界以及三晶交處，孔隙不斷產(chǎn)生、合并形成了類似“云”狀的孔洞，孔洞的

3、生長(zhǎng)如同云朵的匯聚。對(duì)于含孔模型，除預(yù)先存在的孔洞外幾乎不產(chǎn)生其他孔隙，原孔洞的尖端不斷的鈍化，甚至在應(yīng)變遠(yuǎn)超過(guò)屈服應(yīng)變時(shí)，材料中仍未出現(xiàn)裂紋?？锥吹拇嬖诮档土思{米多晶銅材料的屈服強(qiáng)度，但材料卻表現(xiàn)出特殊的延展性。
　　其次，模擬了納米多晶Cu/Ni薄膜在不同應(yīng)變率下進(jìn)行應(yīng)變加載時(shí)的變形行為與力學(xué)性能。結(jié)果表明，Cu/Ni薄膜在較高的應(yīng)變率加載情況下具有較高的屈服極限和應(yīng)變率敏感性(m)。應(yīng)變率為108s-1時(shí)Cu/Ni多層膜的界

4、面上產(chǎn)生孔洞，而應(yīng)變率為1010s-1時(shí)納米多晶Cu薄膜出現(xiàn)碎裂。在較高的應(yīng)變率加載條件下，Cu、Ni薄膜中FCC、HCP、OTHER原子團(tuán)分?jǐn)?shù)變化都很顯著，而較小應(yīng)變率時(shí)只有Cu薄膜的結(jié)構(gòu)變化明顯。模擬結(jié)果還表明，應(yīng)變率增加有利于堆垛層錯(cuò)的形成，但應(yīng)變率超過(guò)某一值時(shí)無(wú)序原子團(tuán)增加會(huì)阻礙堆垛層錯(cuò)原子團(tuán)的生長(zhǎng)。
　　再次，模擬了均勻納米晶Cu/Ni合金及界面結(jié)構(gòu)不明顯的梯度納米晶Cu/Ni合金拉伸條件下變形特點(diǎn)：(a)Ni成分的增加