密排六方金屬納米線超塑性和偽彈性的分子動力學研究.pdf

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

2、和超高可回復應變的合適體系。目前納米線的力學性能研究主要側重于面心立方和體心立方結構體系，密排六方體系的研究結果則較少而且存在一些爭議。由于滑移系少，一般認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性能仍需要進一步探索。
　　本工作根據(jù)變形機制的不同，選取兩大類密排六方金屬的納米線作為研究對象—應力誘發(fā)相變類和應力誘發(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。通過分子動力學模擬納米線的單軸拉伸和卸載過程，從而預測納米線超塑性和偽彈性的可行性，主要的發(fā)現(xiàn)為：
　?。ㄒ唬┰阝捈{米線中，通過HCP→FCC→HCP的兩步結構相變，可以達到80%左右的延伸率，并且變形后的納米線可以回復至初始構型，可恢復應變約為71%。形變過程中的相變可以通過靜態(tài)方法計算能壘，從而進一步解釋相變的合理性。該能壘計算的方法進過進一步改進，將納米線能量表示為應變的函數(shù)，計算鈷-鐵合金納米線中各

4、種構型之間相互轉換的能量關系，并且用于判斷應力誘發(fā)相變的順序以及相變類型。
　?。ǘ┰阪V納米線中，通過應力誘發(fā)二次孿晶，使納米線的延伸率可以達到60%左右，且該形變也能通過去孿晶化回復，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)屬于非對稱結構。由此結果出發(fā)進一步拓展，研究了<1-100>對稱