雙晶Cu塑性變形行為的分子動力學(xué)研究.pdf

1、與單晶金屬材料相比，多晶金屬材料由于晶界的存在，其塑性變形行為較為復(fù)雜。晶界對材料尤其是納米材料的物理、化學(xué)和力學(xué)性能具有重要影響，在金屬材料的力學(xué)性能和破壞事故中，晶界往往起著很大、甚至決定性的作用。而晶界的特性源于晶界處不同于晶體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和能量，晶界的運動也以能量最小化為原則。因此，晶界能和晶界結(jié)構(gòu)的研究將為掌握材料性質(zhì)、實現(xiàn)材料改性和設(shè)計新材料提供理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)。然而，實驗上難以進行原子尺度的分析和結(jié)構(gòu)觀察，這使得實驗方法難以研

2、究晶界結(jié)構(gòu)方面的影響，而分子動力學(xué)模擬能夠直接對原子的運動進行觀察，從而分析多晶材料的塑性變形機理。
　　為了研究多晶材料的初始塑性行為，本文以分子動力學(xué)為主要研究手段，模擬了雙晶Cu的三維拉伸以及納米壓痕過程，并開展了雙晶Cu的納米壓痕實驗，分析了晶界對材料的微觀塑性變形機制及力學(xué)性能的影響。
　　模擬中建立了3種不同晶界的原子模型，即共格孿晶晶界、∑5(310)θ=53.1°對稱傾轉(zhuǎn)晶界和∑11(332)θ=129.5°

3、非對稱傾轉(zhuǎn)晶界，采用EAM勢函數(shù)描述原子間的相互作用，共軛梯度算法用于系統(tǒng)能量最小化，并引入中心對稱參數(shù)表征晶體缺陷以及在Nano Indenter R XP開展納米壓痕實驗。結(jié)果表明：3組不同晶界的雙晶納米線的初始屈服由(111)2<11>部分位錯的形核和擴展實現(xiàn)，孿晶Cu納米線和∑5(310)θ=53.1°對稱傾轉(zhuǎn)晶界Cu納米線拉伸過程沒有發(fā)生加工硬化現(xiàn)象，∑11(332)θ=129.5℃u納米線拉伸中出現(xiàn)了明顯的加工硬化現(xiàn)象；晶界