多晶材料納米加工機理及實驗研究

《多晶材料納米加工機理及實驗研究》是依託哈爾濱工業大學，由郭永博擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多晶材料納米加工機理及實驗研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郭永博

項目摘要

由於多晶材料結構的複雜性和特殊性，目前關於其納米加工機理的研究鮮有報導。本項目突破現有納米加工機理的研究局限於單晶材料的瓶頸，通過獲取微觀拓撲結構實驗數據，建立超大規模多晶材料納米加工仿真模型，實現微觀拓撲結構的辨識；研究複雜工況下材料的微觀結構特徵、晶向、晶粒尺寸、晶界厚度等屬性對多晶材料納米加工表面形成機理的影響規律；融合加工介質環境、內應力、溫度等多場耦合作用，揭示多晶材料去除機理和加工表面時效特性；結合研製的基於AFM三維微結構加工檢測一體化加工系統、FIB/SEM雙束納米切削加工實驗，修訂和完善仿真模型與模擬算法，系統地驗證本項目。旨在獲得微觀拓撲結構、多場耦合作用下多晶材料納米加工性能參數最佳化和加工質量保障機制。本項目將多晶材料仿真建模和納米加工技術有機結合起來，從理論和實驗兩方面建立多晶材料納米加工的理論和技術體系，為多晶材料納米加工技術的進一步發展奠定基礎。

結題摘要

依據國家自然科學基金申請書中的相關研究規劃，項目執行期間研究團隊分別對超大規模多晶材料納米加工仿真模型的建立及微觀結構的辨識、多晶材料力學特性及納米加工機理、多晶合金材料變形機制等內容展開了深入的研究，具體如下： （1）針對多晶材料微觀結構的複雜性和特殊性，突破以往納米加工機理的研究局限於單晶材料的瓶頸，基於實驗數據、Poisson-Voronoi 方法和Inverse Monte Carlo方法建立超大規模納米多晶材料分子動力學仿真模型，並實現了對不同維度微觀結構的辨識，該方法具備一定的通用性，可用於建立各類多晶/合金材料仿真模型，為後續研究多晶材料納米加工機理奠定基礎。 （2）為準確分析微觀結構對多晶材料納米加工的影響機制，基於分子動力學方法分別研究了壓痕初始位置位於不同維度微觀結構時多晶材料的變形機理，探討了晶粒內部、晶界、三叉晶界、頂點團等各個維度對多晶材料內部缺陷、內應力分布等方面的影響，從本質上獲得結構屬性對多晶材料納米加工的影響機制。 （3）針對多晶材料特殊的微觀結構，研究了納米加工中晶界面內各個微觀結構、孿晶密度、晶粒尺寸、晶向等微觀拓撲結構對刀具切削力、晶粒內部缺陷的形核與擴展以及對加工表面質量、刀具磨損等方面的影響規律，指出多晶材料納米加工中加工參數的最佳化組合。 （4）在上述研究的基礎上，開展了銅鉛多晶合金材料力學性能的研究。結合銅鉛合金模型分子動力學拉伸仿真，定量分析了晶界微結構、第二相元素含量對銅鉛合金力學性能的影響機制，驗證了仿真模型的正確性，為研究多晶合金材料納米加工機理奠定基礎。 （5）依託本項目撰寫論文6篇(SCI 檢索4篇，最高影響因子3.37)，獲得CMAMT2014國際會議優秀論文獎，申請軟體著作權1項，結合本項目研究內容獲得黑龍江省科技進步二等獎一項（排名第一），此外，已完成高水平英文論文的撰寫2篇，中文期刊論文2篇。培養博士生2名，碩士研究生6人（已畢業2人，在讀4人），1 名在讀博士。