三元合金的納米壓痕分子動(dòng)力學(xué)模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、納米孿晶結(jié)構(gòu)作為一種特殊的晶體結(jié)構(gòu)缺陷，表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)、摩擦學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)。目前關(guān)于納米孿晶的研究主要集中在單質(zhì)銅、鎂、鋁等金屬，對(duì)工程上使用較多的合金金屬納米孿晶研究較少。實(shí)驗(yàn)上主要采用動(dòng)態(tài)塑性變形法、脈沖電沉積法等制備納米孿晶，動(dòng)態(tài)塑性變形法需要超低溫的環(huán)境，而脈沖電沉積法需要采用有毒的化學(xué)試劑。除了實(shí)驗(yàn)研究外，在理論研究方面，目前國(guó)內(nèi)外主要是采用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法來研究納米孿晶的形成機(jī)理，模擬仍然以單質(zhì)金屬為主。此外，關(guān)于納米孿

2、晶的研究主要是通過直接建立納米孿晶模型，而對(duì)于單晶模型中納米孿晶的形成機(jī)理很少有報(bào)道。針對(duì)這些問題，本文采用納米壓痕的方法制備納米孿晶結(jié)構(gòu)表面，通過建立單晶三元鎳基合金和三元鈦合金的分子動(dòng)力學(xué)模型，研究了單晶三元合金納米壓痕模擬過程中應(yīng)力誘導(dǎo)的變形行為和納米孿晶的形成機(jī)理，主要工作如下：
　　首先，通過在單晶三元鎳基合金C-2000分子動(dòng)力學(xué)模型上進(jìn)行納米壓痕模擬，分析了不同壓入晶向、不同壓入速度和不同模型尺寸對(duì)鎳基合金塑性變形的

3、影響。在單晶三元鎳基合金C-2000的納米壓痕模擬中，觀察到納米孿晶和一種特殊的五重納米孿晶，通過分析納米壓痕過程中的晶體微結(jié)構(gòu)變化，闡明了單晶鎳基合金模型中納米孿晶和五重孿晶的形成機(jī)理。
　　然后，為了驗(yàn)證三元鎳基合金C-2000分子動(dòng)力學(xué)模擬納米壓痕的結(jié)果，進(jìn)行納米壓痕實(shí)驗(yàn)，在鎳基合金C-2000表面通過納米壓痕實(shí)驗(yàn)制備了納米孿晶結(jié)構(gòu)。獲得了峰值載荷為1N時(shí)材料的硬度提升效果較為顯著，并在此條件下對(duì)鎳基合金進(jìn)行大面積納米壓痕重