三元合金的納米壓痕分子動力學模擬及實驗研究.pdf

1、納米孿晶結構作為一種特殊的晶體結構缺陷，表現(xiàn)出優(yōu)異的力學、摩擦學和熱學性質。目前關于納米孿晶的研究主要集中在單質銅、鎂、鋁等金屬，對工程上使用較多的合金金屬納米孿晶研究較少。實驗上主要采用動態(tài)塑性變形法、脈沖電沉積法等制備納米孿晶，動態(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試劑。除了實驗研究外，在理論研究方面，目前國內外主要是采用分子動力學模擬的方法來研究納米孿晶的形成機理，模擬仍然以單質金屬為主。此外，關于納米孿

2、晶的研究主要是通過直接建立納米孿晶模型，而對于單晶模型中納米孿晶的形成機理很少有報道。針對這些問題，本文采用納米壓痕的方法制備納米孿晶結構表面，通過建立單晶三元鎳基合金和三元鈦合金的分子動力學模型，研究了單晶三元合金納米壓痕模擬過程中應力誘導的變形行為和納米孿晶的形成機理，主要工作如下：
　　首先，通過在單晶三元鎳基合金C-2000分子動力學模型上進行納米壓痕模擬，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構變化，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理。
　　然后，為了驗證三元鎳基合金C-2000分子動力學模擬納米壓痕的結果，進行納米壓痕實驗，在鎳基合金C-2000表面通過納米壓痕實驗制備了納米孿晶結構。獲得了峰值載荷為1N時材料的硬度提升效果較為顯著，并在此條件下對鎳基合金進行大面積納米壓痕重