密排六方金屬納米線超塑性和偽彈性的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、塑性是材料的重要的力學(xué)性能，決定了材料可實(shí)現(xiàn)的變形量。提高材料的塑性一直是結(jié)構(gòu)材料研究的重點(diǎn)。偽彈性則是形狀記憶材料中的重要性能，高的可回復(fù)應(yīng)變可以使之吸收更多機(jī)械功，故提高可回復(fù)應(yīng)變一直是形狀記憶材料的研究重點(diǎn)。
　　與粗晶材料相比，納米線具有超高的塑性。已報(bào)道通過應(yīng)力誘發(fā)相變或?qū)\生方式變形，納米線的延伸率可以達(dá)到50％左右，即所謂的超塑性。此外，納米線由于表面效應(yīng)，變形后可以回復(fù)到初始狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)偽彈性。因此納米線成為獲得超塑性

2、和超高可回復(fù)應(yīng)變的合適體系。目前納米線的力學(xué)性能研究主要側(cè)重于面心立方和體心立方結(jié)構(gòu)體系，密排六方體系的研究結(jié)果則較少而且存在一些爭(zhēng)議。由于滑移系少，一般認(rèn)為密排六方金屬塑性較差，通常粗晶態(tài)的密排六方金屬延伸率不到10%。但是在納米線材料中，密排六方金屬的力學(xué)性能仍需要進(jìn)一步探索。
　　本工作根據(jù)變形機(jī)制的不同，選取兩大類密排六方金屬的納米線作為研究對(duì)象—應(yīng)力誘發(fā)相變類和應(yīng)力誘發(fā)孿生類。前者選取的代表為純鈷和鈷-鐵合金納米線，后者

3、選取的代表為純鎂納米線。通過分子動(dòng)力學(xué)模擬納米線的單軸拉伸和卸載過程，從而預(yù)測(cè)納米線超塑性和偽彈性的可行性，主要的發(fā)現(xiàn)為：
　　（一）在鈷納米線中，通過HCP→FCC→HCP的兩步結(jié)構(gòu)相變，可以達(dá)到80%左右的延伸率，并且變形后的納米線可以回復(fù)至初始構(gòu)型，可恢復(fù)應(yīng)變約為71%。形變過程中的相變可以通過靜態(tài)方法計(jì)算能壘，從而進(jìn)一步解釋相變的合理性。該能壘計(jì)算的方法進(jìn)過進(jìn)一步改進(jìn)，將納米線能量表示為應(yīng)變的函數(shù)，計(jì)算鈷-鐵合金納米線中各

4、種構(gòu)型之間相互轉(zhuǎn)換的能量關(guān)系，并且用于判斷應(yīng)力誘發(fā)相變的順序以及相變類型。
　　（二）在鎂納米線中，通過應(yīng)力誘發(fā)二次孿晶，使納米線的延伸率可以達(dá)到60%左右，且該形變也能通過去孿晶化回復(fù)，即在鎂納米線中發(fā)現(xiàn)超塑性和偽彈性。二次孿晶中的孿生模式為{11-21}，為首次在鎂中發(fā)現(xiàn)，該孿晶的產(chǎn)生是由于初次孿晶界附近的應(yīng)力集中而造成的。此外，鎂納米線中的{11-21}孿晶發(fā)現(xiàn)屬于非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。由此結(jié)果出發(fā)進(jìn)一步拓展，研究了<1-100>對(duì)稱