采用分子動(dòng)力學(xué)方法研究了預(yù)制納米孔洞缺陷對(duì)單晶/多晶Ni復(fù)合體拉伸性能的影響。結(jié)果表明,與多晶Ni相比,單晶Ni能夠提高單晶/多晶Ni復(fù)合體的抗拉強(qiáng)度。對(duì)比了孔洞位置分布對(duì)單晶/多晶Ni復(fù)合體拉伸性能的影響。模擬結(jié)果表明,處于單晶區(qū)域的納米孔洞缺陷顯著加劇了單晶/多晶Ni復(fù)合體界面的斷裂。相反,孔洞處于多晶區(qū)域時(shí),界面一側(cè)的單晶Ni阻礙了多晶Ni側(cè)非晶化的傳播,抑制了孔洞向界面一側(cè)的單晶擴(kuò)展。隨后討論了界面孔洞的孔隙率對(duì)單晶/多晶Ni復(fù)合體拉伸性能的影響。結(jié)果表明,當(dāng)孔隙率超過0.8%后,單晶/多晶Ni復(fù)合體的抗拉強(qiáng)度迅速下降。最后分析了當(dāng)保持界面孔洞孔隙率不變的情況下空洞數(shù)量對(duì)拉伸性能的影響,結(jié)果顯示,相比于大孔洞,分散的小孔洞具有更好的拉伸性能。 

【文章來源】：金屬學(xué)報(bào). 2020,56(05)北大核心EISCICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

單晶Ni和多晶Ni分子動(dòng)力學(xué)模型及單晶/多晶Ni復(fù)合體預(yù)制孔洞示意圖(預(yù)制孔洞中心相距d=4、8或10 nm)

為了直觀地觀察孔洞演化機(jī)理，對(duì)試樣做切片處理，觀察單晶/多晶Ni復(fù)合體變形過程中的原子圖。圖4為不同應(yīng)變下不同預(yù)制孔洞位置時(shí)單晶/多晶Ni復(fù)合體拉伸原子圖。從圖4a和b可以看出，孔洞伴隨晶界的滑移，不僅穿過了界面，并在單晶與多晶晶體內(nèi)部迅速擴(kuò)展，此時(shí)單晶/多晶Ni復(fù)合體界面進(jìn)一步縮小。一方面，由于應(yīng)力集中引起的孔洞處的原子遷移，以及向多晶外邊緣的擴(kuò)展，使嵌入的孔洞逐漸增大；另一方面，隨著孔洞半徑的增大，抗拉強(qiáng)度逐漸下降，其原因是處于平衡位置的原子振動(dòng)更加劇烈，更容易發(fā)生遷移，誘發(fā)了孔洞在多晶部分的擴(kuò)展，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，直至破壞，如圖4c所示。圖4 不同應(yīng)變(ε)下單晶預(yù)制孔洞半徑為0.6 nm，多晶預(yù)制孔洞半徑為0.5 nm和單晶/多晶界面預(yù)制孔洞半徑為0.6 nm的拉伸原子圖

圖3 無預(yù)制孔洞和不同位置預(yù)制孔洞單晶/多晶Ni復(fù)合體的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線從圖4d中可以看出，試樣弛豫后幾何構(gòu)型比較規(guī)則，加載后原子呈現(xiàn)無序化，模型有少量的變形。但隨著應(yīng)變的增加，形變儲(chǔ)存能也隨之上升，孔洞開始擴(kuò)展。位錯(cuò)主要集中在界面層和多晶體一側(cè)，從圖4e中可以看出，在塑性流動(dòng)過程中發(fā)生應(yīng)力誘導(dǎo)晶化現(xiàn)象，晶化程度隨著應(yīng)變的增加而加劇。在屈服階段時(shí)fcc結(jié)構(gòu)原子迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的非晶結(jié)構(gòu)。此時(shí)單晶/多晶Ni復(fù)合體的變形機(jī)制轉(zhuǎn)變?yōu)榇笠?guī)模的非晶化。由于加載引起的塑性變形，從圖4e和f中可以看出明顯的位錯(cuò)滑移線，預(yù)制孔洞在多晶體內(nèi)部迅速擴(kuò)展，這可能是由于變形量的增加使系統(tǒng)能量也隨之上升所致，原子開始擺脫晶格點(diǎn)陣控制，加速了孔洞擴(kuò)展，正是孔洞的擴(kuò)展導(dǎo)致了應(yīng)力的下降。從圖4f還可看出，孔洞并未穿越單晶/多晶Ni復(fù)合體界面，隨應(yīng)變的繼續(xù)增加，孔洞繼續(xù)向兩側(cè)擴(kuò)展，直至材料的斷裂。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3217043