晶體缺陷對金屬涂層阻尼性能影響的分子動力學研究.pdf

1、金屬及陶瓷涂層材料具有很好的強度和優(yōu)異的隔熱性能，作為熱障和抗腐蝕涂層結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛應用于航空航天領域。近年來研究發(fā)現(xiàn)這種硬涂層同時具有良好的阻尼性能，能吸收一部分振動能量降低振動應力從而降低發(fā)動機某些零部件發(fā)生振動損傷故障的可能性，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。目前，無機涂層材料所表現(xiàn)出來的耗能減振機理還沒有得到完善的解釋，其阻尼機制也尚未定論。
　　因此本文從微觀角度出發(fā)，通過分子動力學方法研究幾

2、種常見晶體缺陷模型在外載荷作用下其對外載荷能量耗散本領，并通過缺陷原子運動情況對它們消耗能量的內(nèi)在機理進行解釋。以金屬銅為例開展了包括無初始缺陷、內(nèi)含空位、內(nèi)嵌位錯、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)分子動力學建模，并通過共軛梯度能量最小化算法得到這幾種模型的平衡構(gòu)型。通過對各模型的拉伸加載與卸載的分子動力學模擬，研究了引起能量耗散的幾種微觀結(jié)構(gòu)行為:如初始位錯作為位錯的發(fā)射源，導致從初始位錯附近開始的位錯線增殖并向兩端發(fā)射;微裂

3、紋附近應力集中發(fā)射位錯;位錯通過空位實現(xiàn)位錯攀爬和滑移以及晶界附近的位錯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發(fā)射位錯及其他類型缺陷與位錯間相互作用實現(xiàn)的，位錯與晶界是材料主要的耗能方式。
　　另外通過對實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)實際材料中不僅存在大小不同分布無規(guī)則的孔隙及其它缺陷，還發(fā)現(xiàn)加載過程中這些缺陷附近較容易發(fā)射微裂紋從