分子動力學模擬納米晶Cu-Ni結(jié)構(gòu)變形機制.pdf

1、納米晶Cu/Ni體系中Ni元素含量的改變，可以對磁性、硬度、楊氏模量等特性進行調(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。在對納米多晶金屬進行沖擊加載時常會導致晶界滑移或位錯堆積，在晶界上產(chǎn)生孔洞。由于沖擊加載時的瞬時性特點，在實驗上對該過程進行測試表征難度較大，多晶金屬中孔洞的生長合并導致動態(tài)破壞的機制仍然不清楚?？锥吹男纬珊蜕L對納米

2、晶材料的壽命及穩(wěn)定性影響深遠，對其研究具有重要的價值與意義。本文主要基于Cu、Cu/Ni體系，利用分子動力學方法對其納米晶結(jié)構(gòu)拉伸條件下的力學特性、孔洞生長及微觀結(jié)構(gòu)演化特點進行模擬研究，為設(shè)計符合要求的納米晶材料提供借鑒指導作用。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。結(jié)果表明對于不含孔隙的模型，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、生長如同云朵的匯聚。對于含孔模型，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)變遠超過屈服應(yīng)變時，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)變率下進行應(yīng)變加載時的變形行為與力學性能。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Cu/Ni多層膜的界

4、面上產(chǎn)生孔洞，而應(yīng)變率為1010s-1時納米多晶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原子團分數(shù)變化都很顯著，而較小應(yīng)變率時只有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的形成，但應(yīng)變率超過某一值時無序原子團增加會阻礙堆垛層錯原子團的生長。
　　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：(a)Ni成分的增加