《超硬納米多層膜微結構與力學性能及其最佳化》是依託重慶大學，由彭向和擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：超硬納米多層膜微結構與力學性能及其最佳化
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：彭向和
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
製造和加工業的迅猛發展對刀具和模具材料提出了超硬、耐磨、耐熱、強韌、壽命等要求。超硬納米多層膜以滿足上述要求的優良力學性能和可設計性使其作為最富前景的刀具塗層材料受到極大關注。擬針對超硬納米多層膜材料，採用基於第一性原理計算、分子動力學分析、納觀組織結構解析及原位納米力學性能測試相結合的方法研究不同調製參數和服役條件下典型材料組合類型納米塗層及多層膜的基本力學特性及失效形式，明確主要影響因素及其作用機理；揭示超硬納米多層膜的硬化機制、不同類型缺陷和機能元素摻雜等對多層膜特性及失效機理的影響，建立深層次微結構的表征和基於多層次認識的材料微結構與其巨觀性能間的定量關聯。發展原子—連續介質跨尺度分析的分析方法和塗層及多層膜力學特性的新測試方法；為多層膜材料的製備、力學性能的評價和預測等提供力學支撐。建立計及原子結構和納觀特性的超硬納米多層膜材料巨觀特性分析方法和本構模型，為其實際套用提供依據。
結題摘要
現代製造和加工業對刀具、工具和模具表面的強度、硬度、耐磨性和壽命等提出了日益嚴苛的要求，超硬納米多層膜(HNMLC)以具有滿足上述要求的優良力學性能和可設計性使其作為最富前景的塗層材料備受關注。本項目圍繞HNMLC的致硬機理開展研究，取得了重要的研究進展。 在界面特性方面，製備了若干超硬納米多層膜，分析了界面共格特徵；獲得了硬度與調製參數間的關係；發現了金剛石/立方氮化硼組合的新的界面匹配模式和界面特性,拓展了其可能的套用前景。採用第一性原理計算分析了HNMLC界面的原子構型、電子態、化學鍵和電荷分布，明確了模版效應及其作用範圍。在塑性變形機理方面,將能預言滑移系開動次序的廣義層錯能作為確定勢函式及其參數的必要約束,構建並最佳化了典型硬質陶瓷的勢函式。發展了基於MD模擬的硬質陶瓷力學特性的分析方法；揭示了不同硬質陶瓷在壓痕過程中的微結構變化和缺陷運動，明確了B1、B3和B4結構硬質陶瓷塑性變形的主要機制主要有位錯滑移和不全滑移，孿生和相變。在孿晶HNMLC的致硬機理方面，分析了微結構與孿晶界面的相互作用導致的強弱化及影響因素，揭示了孿晶界對提升硬質陶瓷力學性能的作用及相關的強弱化機理，得到了多層膜硬度隨孿晶厚度間的變化規律；明確了該變化規律與金屬孿晶多層膜的差異及原因。對同為B3結構的金剛石和矽納米孿晶的剪下特性與微結構的分析表明，glide-set面的不全滑移引起的退孿可解釋孿晶金剛石強度與延性的極大提高，而孿晶矽以shuffle-set面上的全滑移為主導不能引起退孿。對納米孿晶金剛石/立方氮化硼孿晶受剪特性的研究亦顯示了其超高的強度和延性。在納米多晶硬質陶瓷的晶粒尺寸效應、不同類型缺陷和摻雜對多層膜特性及失效機理的影響，計及不同強弱化機理的強硬化描述，非彈性變形及損傷的微-巨觀模型的構建及微巨觀關聯等方面的研究也取得了良好的進展。結果可為高性能多層膜塗層的設計、最佳化和性能裁剪等提供力學支撐，為其實際套用提供依據。
