镁合金纳米多层膜微观结构与力学性能的模拟研究

发布时间：2020-04-26 02:27

【摘要】：近年来,镁基非晶合金因轻质,高强度,高弹性极限以及较强的玻璃形成能力等独特的力学性能成为全世界科学研究的热点。然而,其类似于脆性材料的力学行为严重限制了它在航空航天、电子、国防和能源等领域的快速发展。因此,如何有效地提高镁基非晶合金的塑性,是使得它得以广泛应用的关键。众所周知,剪切带的形核与快速扩展是造成镁基非晶合金低塑性和脆性断裂的主要原因。因此,阻碍剪切带的快速扩展是提高塑性的有效手段。为了实现这一目的,以镁基非晶合金为基体,我们在本文中提出了构建两种不同多层膜样品的思想,并采用分子动力学模拟方法研究了在拉伸载荷下影响多层膜力学行为的相关因素,主要研究内容和结果如下:(1)研究了层厚度和纵横比等对非晶/晶体MgAl/Mg纳米多层膜(NACMs)的变形行为的影响。结果表明,随着层厚度的增加,NACMs的塑性变形模式由以交叉广义剪切带为主的变形最终转变为以单剪切带为主的变形。由于晶体相,非晶相以及非晶/晶体界面(ACIs)的耦合作用,多层膜(中间层厚度)发生变形,被视为过渡阶段。结果也显示,无论层厚度如何变化,NACMs的峰值应力均大于大块非晶的峰值应力,这是由于强晶相的增加和ACIs的强化作用所致。结果还指出通过选择合适的层厚度,可以有效地提高NACMs的塑性和强度。此外,本文还定量地研究和分析了NACMs的变形行为。(2)研究了层厚度和类流动缺陷浓度(AFDC)对非晶/非晶(A1/A2)纳米多层膜力学行为的影响。结果表明,当层厚度较小时(从1.8到8.5 nm),对于任意给定的层厚度,随着AFDC的增加,A1/A2纳米多层膜的塑性变形由“剪切局部化”向“均匀变形”模式演变,最终再次发生“剪切局部化”的变形。与大块非晶相比,具有最佳AFDC的A1/A2纳米多层膜均匀变形,实现了高强度和高塑性的完美结合。此外,对于每个层厚度下的样品,总是可以找到最佳的AFDC,并且随层厚度的增加呈上升趋势。当层厚度较大时(13.0和25.0 nm),无论AFDC如何变化,对于确定的层厚度,最佳AFDC消失。在这种情况下,塑性变形行为被局限在A1软相层,导致强烈的剪切局部化,塑性降低。
【图文】：

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图 2-1 截断半径法示意图。模拟，必然是在特定的系综下实行力学中非常重要的概念。就算处于置和速度的不断变化。以系综为起条件的约束下分成以下几类：VE）micro-canonical ensemble，缩写为 NV N 个颗粒处于体积 V 的盒子中并且总 P 可以在某个平均值附近波动并保持候我们可以先假定给出一个能量值来说，可以通过标度速度来调整能够的时间建立新的平衡。T）nical ensemble，缩写为 NVT，是最普

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把它放置在一个立方体盒子里，形成模拟系统，则完全不同，差别较大。这将导致表面效应的产生，继而进BCs 的引入彻底消除了这种不良影响，并同时实现了构造大体积的 MD 模拟系统。这意味着我们将使用单胞简化处于模拟大块固体（相对于粒子尺度是无限大的）或液体时为中心，在三维空间中，基本元胞重复出现以形成无限大基本元胞内的原子运动是最关键的，该元胞内的原子如何也以相同的方式运动。正如图 2-2 所示，正中间的基本元带有数字的圆圈代表原子，其他元胞区域为基本元胞的复离开元胞区域并进入 C 元胞时，该原子将在整个点格上移中心元胞，其他元胞也是如此，元胞内的原子数始终保持度恒定，这才能符合实际状况。在实际的三维体系中（三加周期性边界条件，需考虑研究对象维度等多个方面。也向都必须使用 PBCs 条件进行研究。也可以采用固定或自在研究表面特性时，，表面使用自由边界条件和内部采用 P
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG146.22

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