纳米合金中晶界与孔洞的分子动力学研究

发布时间：2023-02-06 15:51

　　近年来科研工作者对纳米纯金属晶体中晶界的剪切耦合效应已经做了深入的研究,然而,对于纳米合金材料中晶界行为的研究比较少。本文依据分子动力学方法利用LAMMPS软件对Cu-Al合金中的对称倾转晶界进行了系统研究。发现低温条件下,高浓度的Al原子会使晶界的迁移转变为滑移。相反,含有低浓度Al原子的Cu-Al合金中晶界仍然可以保持剪切耦合运动。另外,特定温度下,不同倾转角的晶界,滑移转变浓度不同。当倾转角小于50°时,滑移转变浓度随着角度的增大而降低,当倾转角大于50°时,则呈相反趋势。另一方面,含有椭圆孔洞的Cu-Al合金在受到剪切作用之后晶界与孔洞的变形机制与Cu双晶有所不同。Cu-Al(1at.%)合金的晶界与孔洞之间不再形成向错四极,并且在孔洞上方不会形成子晶粒。然而,孔洞附近的局部晶界仍然符合三联点的特点,随着剪切的进行孔洞会因为左低右高的非对称变形而愈合。随着Al原子浓度升高,孔洞与晶界的作用机制不再符合三联点的特点,孔洞的变形机制也出现了很大的不确定性,最终很难愈合。本文的研究虽然仍处于初步阶段,但是对未来研究纳米合金材料的晶界和孔洞变形具有一定的参考价值。

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 纳米合金材料的研究背景及其意义
    1.2 纳米金属材料中的晶界
    1.3 材料中的缺陷
    1.4 本文的主要工作
第二章 分子动力学简介
    2.1 引言
    2.2 分子动力学基本原理
        2.2.1 基本理论依据
        2.2.2 牛顿运动方程的数值算法
        2.2.3 周期性边界条件
    2.3 系综
        2.3.1 正则系综
        2.3.2 等温等压系综
    2.4 初始设定与积分步程
        2.4.1 初始设定
        2.4.2 积分步程的选取
    2.5 多体系统中的势能函数
        2.5.1 嵌入原子势
        2.5.2 角度相关势
    2.6 晶界追踪与应力计算
        2.6.1 中心对称参数法
        2.6.2 维里应力
    2.7 小结
第三章 CuAl合金晶界的剪切耦合运动
    3.1 引言
    3.2 对称倾转晶界及其晶界能密度
        3.2.1 对称倾转晶界
        3.2.2 晶界能密度
    3.3 剪切模拟细节与初始结构
        3.3.1 模拟细节
        3.3.2 弛豫后的模型
    3.4 模拟结果与分析
        3.4.1 晶界的剪切耦合运动
        3.4.2 Al原子浓度对Cu-Al合金中晶界运动的影响
        3.4.3 温度对Cu-Al合金中晶界运动的影响
        3.4.4 尺寸效应
    3.5 小结
第四章 孔洞与晶界之间的相互作用
    4.1 引言
    4.2 模型建立与细节
    4.3 双晶Cu中孔洞与晶界的相互作用
        4.3.1 孔洞的愈合与扩展
        4.3.2 子晶粒的形成
    4.4 Cu-Al合金中孔洞与晶界的相互作用
        4.4.1 Cu-Al(1at.%)合金在不同温度下的剪切
        4.4.2 不同Al浓度的影响
    4.5 小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间主要成果



本文编号：3736188