【摘要】：隨著精密/超精密加工技術(shù)的迅速發(fā)展,金屬材料在精密/超精密加工過程中呈現(xiàn)出的力學(xué)行為的離散性引起了人們的廣泛關(guān)注。分子動(dòng)力學(xué)作為溝通理論研究和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的橋梁,成為研究微納尺度材料力學(xué)行為離散性的重要工具。本文以分子動(dòng)力學(xué)為理論基礎(chǔ),建立了面心立方金屬銅的分子動(dòng)力學(xué)納米壓痕模型,分析了其變形特征及其內(nèi)部的位錯(cuò)行為,主要研究成果如下:(1)通過大規(guī)模分子動(dòng)力學(xué)模擬單晶銅(100)面上的納米壓痕實(shí)驗(yàn),闡明了納米壓痕過程中載荷 下壓深度關(guān)系中的載荷下降和硬度 下壓深度關(guān)系中的硬度下降的原因,得到了壓痕過程中壓頭和試樣之間的接觸面積投影,隨后獲得了載荷與接觸面積投影的比值,并且計(jì)算和分析了壓頭周圍試樣內(nèi)部位錯(cuò)的時(shí)空分布。壓頭周圍的試樣塑性變形區(qū)域內(nèi)的位錯(cuò)密度約為1017 m-2。通過計(jì)算納米壓痕過程中位錯(cuò)線的長(zhǎng)度,發(fā)現(xiàn)模擬過程中Shockley不全位錯(cuò)長(zhǎng)度占全部位錯(cuò)總長(zhǎng)度的85%以上。納米壓痕過程中硬度下降先于載荷下降出現(xiàn),在一個(gè)硬度升高和下降的過程中位錯(cuò)形核是硬度上升的主要因素,隨后Shockley不全位錯(cuò)的劇烈增殖擴(kuò)張為硬度下降的主要因素。上述位錯(cuò)行為的不斷重復(fù)導(dǎo)致了載荷 下壓深度關(guān)系曲線和硬度 下壓深度關(guān)系曲線呈現(xiàn)鋸齒特征。(2)通過大規(guī)模分子動(dòng)力學(xué)模擬孿晶層層厚為17.5 nm的孿晶銅(111)面上的納米壓痕實(shí)驗(yàn),解釋了面心立方金屬中棱柱位錯(cuò)環(huán)的形成機(jī)制。借助雙Thompson四面體記號(hào),探討了棱柱位錯(cuò)環(huán)的形成和脫離被壓表面過程中的位錯(cuò)反應(yīng)。棱柱位錯(cuò)環(huán)形成過程中并未出現(xiàn)位錯(cuò)交滑移現(xiàn)象,其由四個(gè)層錯(cuò)相互反應(yīng)生成,每個(gè)棱柱面上分別有一根領(lǐng)先位錯(cuò)和一根拖曳位錯(cuò),棱柱邊上的位錯(cuò)均為壓桿位錯(cuò),其中兩個(gè)為L(zhǎng)omer-Cottrell位錯(cuò),另兩個(gè)為Hirth位錯(cuò)。(3)在結(jié)論(2)的基礎(chǔ)上分析了棱柱位錯(cuò)環(huán)與共格孿晶界面反應(yīng)過程中共格孿晶界面的遷移機(jī)制和孿生位錯(cuò)的增殖機(jī)制,并結(jié)合已有文獻(xiàn)中透射電子顯微鏡的觀測(cè)驗(yàn)證了此反應(yīng)機(jī)制。棱柱位錯(cuò)環(huán)與共格孿晶界面之間的反應(yīng)生成了一根在共格孿晶界面上滑移的Shockley不全位錯(cuò),此Shockley不全位錯(cuò)造成了共格孿晶界面的遷移,在共格孿晶界面處形成了平行四邊形的臺(tái)階,臺(tái)階周圍環(huán)繞著Frank位錯(cuò)環(huán),二者之間重復(fù)不斷的反應(yīng)造成了孿生位錯(cuò)的增殖。(4)通過分析孿晶層層厚為5 nm的納米孿晶銅(111)面上納米壓痕實(shí)驗(yàn)中的層錯(cuò)四面體形成過程,提出了一個(gè)全新的無(wú)需空穴或Frank位錯(cuò)環(huán)參與、由Shockley不全位錯(cuò)反應(yīng)參與的低層錯(cuò)能金屬中層錯(cuò)四面體的形成機(jī)制,表明Frank位錯(cuò)環(huán)的生成在層錯(cuò)四面體形成過程中并不是必要的。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O614.121;TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2715885