發(fā)布時間：2020-06-10 19:51

【摘要】：金屬鈰作為一種重要的稀土材料,被廣泛應用于工業(yè)和民用的多個領域,具有很高的實用價值和研究意義。在金屬鈰的操作、運輸、儲存與應用中,其耐腐蝕性是需要關(guān)注的一個關(guān)鍵問題。由于加工表面質(zhì)量對于工件的耐腐蝕性具有重要影響,例如減小表面粗糙度和殘余應力可以有效地提高工件的耐腐蝕性,因此采用單點金剛石切削加工獲得超光滑表面對于增強金屬鈰材料的表面耐腐蝕性具有重要的意義。本文主要圍繞表面加工質(zhì)量的重要評定指標——表面殘余應力與粗糙度,對金屬鈰切削加工展開分子動力學仿真與實驗研究,主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下:(1)建立金剛石切削金屬鈰的分子動力學仿真模型。根據(jù)鈰的物理與化學特性,建立了常溫下單晶鈰、多晶鈰以及金剛石刀具的原子結(jié)構(gòu)模型,并為仿真選取了合適的勢能函數(shù)、邊界條件和模擬系綜,通過晶體缺陷分析技術(shù)提取切削過程中不同時態(tài)的缺陷結(jié)構(gòu)。開發(fā)了用于定量表征表面粗糙度、殘余應力和力學性能的算法。(2)采用分子動力學仿真揭示了表面殘余應力與粗糙度的形成機理,得出其形成的機理包括主導塑性變形的位錯運動和晶格畸變;并開展了不同加工參數(shù)(刀具前角、晶體取向、晶粒尺寸以及切削深度)對單晶鈰和多晶鈰切削表面質(zhì)量影響的分子動力學仿真研究,據(jù)此得出仿真中的最優(yōu)加工參數(shù)。(3)開展了單點金剛石切削金屬鈰的實驗研究,并利用表面輪廓儀、白光干涉儀和納米壓痕儀對加工后鈰工件表面進行檢測。研究了切削工藝參數(shù)(切深、切削速度、進給量)對加工表面質(zhì)量的影響,結(jié)果表明:隨著切深與切削速度的增加,表面粗糙度有加大的趨勢;隨著進給量的增加,表面粗糙度有先減小后增大的趨勢。實驗結(jié)果與動力學仿真結(jié)果符合較好。
【圖文】：

邐ａ＝２．９２邐ｂ＝ｃ＝４．８４逡逑金屬鈰能以三價和四價狀態(tài)穩(wěn)定存在，這種離子價態(tài)的差異導致其電子態(tài)極易出現(xiàn)逡逑躍遷，進而在高溫高壓作用下金屬鈰極易發(fā)生不同相之間的轉(zhuǎn)變。如圖１．１所示，在Ｍｏｔｔ逡逑圖中，ｆ軌道雜化在變形過程中發(fā)生改變，導致ｆ電子不定域（ｃｔ相）和ｆ電子定域（Ｙ相）兩逡逑種相的產(chǎn)生１８］。因而在常溫常壓下金屬鈰具有穩(wěn)定的Ｙ相，保持溫度不變，壓強從標準逡逑大氣壓升高至０．４邋ＧＰａ左右，Ｙ相開始轉(zhuǎn)變?yōu)椋嵯�，此時原本填充在４ｆ軌道上的外層電逡逑子移動到其他軌道，泊松比急劇下降，體積相應地減小約１５邋％［９，，１Ｑ］，完全變?yōu)椋嵯嗪�，逡逑彈性模量與德拜溫度均上升。ａ相具有順磁性，且體積較��；Ｙ相體積較大，且磁化率服逡逑從Ｃｕｒｉｅ－Ｗｅｉｓｓ定律⑴】。當溫度繼續(xù)升高，壓強繼續(xù)升高到９ＧＰａ左右時，ａ相轉(zhuǎn)變?yōu)椋幔у义舷嗪停帷毕嗟墓泊鎽B(tài)［１２－１４］；當壓強升高至１２邋ＧＰａ以上時ａ１相和ａ＂相開始轉(zhuǎn)變?yōu)椤晗�，但逡逑ｅ相在高壓２０８邋ＧＰａ下才能穩(wěn)定存在［１５－１７］。逡逑２逡逑

（１）周期性邊界條件：其思想在于以部分的性質(zhì)來推廣表達全局的性質(zhì)，反映的是逡逑如何利用邊界條件替代所選部分受到周邊的影響，使有限的單元體積模擬代替無線大系逡逑統(tǒng)的模擬。如圖２－１所示，最中間的單元為建立的分子動力學仿真系統(tǒng)，周圍的八個單逡逑元由中間單元復制擴展而成。單元內(nèi)的原子只和單元內(nèi)其余的原子發(fā)生相互作用，單元逡逑中任何一個原子以一定速度從邊界中溢出，相對應就會從相對的邊界以相同的速度進入逡逑一個原子，這使得單元內(nèi)的原子數(shù)目保持穩(wěn)定，最大限度地消除原子數(shù)目有限引起的邊逡逑界效應。逡逑ｏＢｉ邋ｏｉ邋0￣逡逑ｑ，Ｐ邋ｏ，ｐ邋ｏ逡逑■Ｉｖ１邋Ｏ邋ｉｖ邋Ｏ邋彳邋Ｏ逡逑＂ＷｏＴｅＷｏ逡逑Ｌ邐，ｐ邋ｏ逡逑￣Ｇ０邋０＾邋0ｅ（５邋０￣逡逑，Ｐ邋０邋，Ｐ邋０邋，Ｐ邋０逡逑｜、ｏ眠：尸｜逡逑圖２－１系統(tǒng)的周期性邊界逡逑９逡逑
【學位授予單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG178

【參考文獻】

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本文編號：2706778