分子動力學模擬納米晶Cu-Ni結構變形機制.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節(jié)。由于Cu/Ni合金結構具有防腐蝕、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)等領域具有非常好的應用前景。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構拉伸條件下的力學特性、孔洞生長及微觀結構演化特點進行模擬研究，為設計符合要求的納米晶材料提供借鑒指導作用。具體內容如下：
　　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。結果表明對于不含孔隙的模型，孔洞的產生主要集中在晶界以及三晶交處，孔隙不斷產生、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，除預先存在的孔洞外幾乎不產生其他孔隙，原孔洞的尖端不斷的鈍化，甚至在應變遠超過屈服應變時，材料中仍未出現裂紋。孔洞的存在降低了納米多晶銅材料的屈服強度，但材料卻表現出特殊的延展性。
　　其次，模擬了納米多晶Cu/Ni薄膜在不同應變率下進行應變加載時的變形行為與力學性能。結果表明，Cu/Ni薄膜在較高的應變率加載情況下具有較高的屈服極限和應變率敏感性(m)。應變率為108s-1時Cu/Ni多層膜的界

4、面上產生孔洞，而應變率為1010s-1時納米多晶Cu薄膜出現碎裂。在較高的應變率加載條件下，Cu、Ni薄膜中FCC、HCP、OTHER原子團分數變化都很顯著，而較小應變率時只有Cu薄膜的結構變化明顯。模擬結果還表明，應變率增加有利于堆垛層錯的形成，但應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合金及界面結構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