晶體缺陷對(duì)金屬涂層阻尼性能影響的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、金屬及陶瓷涂層材料具有很好的強(qiáng)度和優(yōu)異的隔熱性能，作為熱障和抗腐蝕涂層結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)這種硬涂層同時(shí)具有良好的阻尼性能，能吸收一部分振動(dòng)能量降低振動(dòng)應(yīng)力從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)某些零部件發(fā)生振動(dòng)損傷故障的可能性，涂層阻尼性能與其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)特別是涂層材料內(nèi)微觀缺陷息息相關(guān)。目前，無(wú)機(jī)涂層材料所表現(xiàn)出來(lái)的耗能減振機(jī)理還沒(méi)有得到完善的解釋?zhuān)渥枘釞C(jī)制也尚未定論。
　　因此本文從微觀角度出發(fā)，通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)方法研究幾

2、種常見(jiàn)晶體缺陷模型在外載荷作用下其對(duì)外載荷能量耗散本領(lǐng)，并通過(guò)缺陷原子運(yùn)動(dòng)情況對(duì)它們消耗能量的內(nèi)在機(jī)理進(jìn)行解釋。以金屬銅為例開(kāi)展了包括無(wú)初始缺陷、內(nèi)含空位、內(nèi)嵌位錯(cuò)、含雙晶結(jié)構(gòu)及內(nèi)嵌微裂紋在內(nèi)的五種晶體結(jié)構(gòu)分子動(dòng)力學(xué)建模，并通過(guò)共軛梯度能量最小化算法得到這幾種模型的平衡構(gòu)型。通過(guò)對(duì)各模型的拉伸加載與卸載的分子動(dòng)力學(xué)模擬，研究了引起能量耗散的幾種微觀結(jié)構(gòu)行為:如初始位錯(cuò)作為位錯(cuò)的發(fā)射源，導(dǎo)致從初始位錯(cuò)附近開(kāi)始的位錯(cuò)線增殖并向兩端發(fā)射;微裂

3、紋附近應(yīng)力集中發(fā)射位錯(cuò);位錯(cuò)通過(guò)空位實(shí)現(xiàn)位錯(cuò)攀爬和滑移以及晶界附近的位錯(cuò)堆積并引起晶界坍塌等。結(jié)果表明材料中的缺陷能增加材料消耗外載荷能量的能力，這些含晶體缺陷材料的耗能方式主要是通過(guò)發(fā)射位錯(cuò)及其他類(lèi)型缺陷與位錯(cuò)間相互作用實(shí)現(xiàn)的，位錯(cuò)與晶界是材料主要的耗能方式。
　　另外通過(guò)對(duì)實(shí)際制備出的銅涂層材料的原位加載卸載的掃描電鏡分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)際材料中不僅存在大小不同分布無(wú)規(guī)則的孔隙及其它缺陷，還發(fā)現(xiàn)加載過(guò)程中這些缺陷附近較容易發(fā)射微裂紋從