【摘 要】
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铝力学性能随温度变化对多种温度条件下铝器件性能及寿命有极其重要影响,然而,温度对铝材料力学性能的影响难以采用常规纳米压痕及划擦实验手段研究。本文借助分子动力学方法建立不同温度下(低温、常温及高温)单晶铝的纳米压痕及划擦模型,对模拟结果进行后处理,通过分析材料的力学性能、原子位移量、原子应力和应变以及位错等,研究温度对单晶铝纳米压痕及划擦过程的影响。主要研究内容如下:1.选择Al_zhou.eam.
【基金项目】
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湖南省自然科学基金面上项目“宽禁带半导体GaN激光辅助磁流变化学抛光基础研究”(批准号:2021JJ30578); 湖南省自然科学基金面上项目“蓝宝石晶片微/纳米复合磨料磁流变化学抛光方法及机理研究”(批准号:2018JJ2328);
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铝力学性能随温度变化对多种温度条件下铝器件性能及寿命有极其重要影响,然而,温度对铝材料力学性能的影响难以采用常规纳米压痕及划擦实验手段研究。本文借助分子动力学方法建立不同温度下(低温、常温及高温)单晶铝的纳米压痕及划擦模型,对模拟结果进行后处理,通过分析材料的力学性能、原子位移量、原子应力和应变以及位错等,研究温度对单晶铝纳米压痕及划擦过程的影响。主要研究内容如下:1.选择Al_zhou.eam.alloy和Al_mm.eam.fs两种势函数模拟常温(293K)下单晶铝纳米压痕过程,计算出硬度和杨氏模量,并与真实值比较,结果表明采用势函数Al_zhou.eam.alloy模拟更接近真实值。确定了单晶铝纳米压痕及划擦的模拟参数并进行模拟。2.使用势函数Al_zhou.eam.alloy分子动力学仿真50 K、100 K、150 K、200 K、250 K、293 K、393 K、493 K、593 K和693 K等温度条件下的单晶铝纳米压痕实验,计算出单晶铝各种温度条件的硬度和杨氏模量,获得不同温度下的原子位移量、剪切应变和应力分布等。结果表明单晶铝低温硬度(100 K时2.9793 GPa)高于高温硬度(250 K时1.9816 GPa),观察到压头与工件相互作用的亚表面区域分布大量Shockley位错。3.使用势函数Al_zhou.eam.alloy分子动力学仿真50 K、100 K、150 K、200 K、250 K、293 K、393 K、493 K、593 K和693 K等温度条件下的单晶铝纳米划擦实验,提取出划擦16 nm时工件的内部位错,得到在不同温度下的原子位移量、剪切应变和应力分布。结果表明200 K时的位错最多且以Shockley位错为主,高于3 GPa的原子应力集中在刀具与工件接触面,大于1的剪切应变主要分布在材料堆积区和已加工表面。
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