《金屬固態焊合微觀機制的原子尺度模擬研究》是依託清華大學，由史清宇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金屬固態焊合微觀機制的原子尺度模擬研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：史清宇
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
固態焊合是指分離的固態金屬在一定的溫度、壓力、塑性變形等條件下實現緊密接觸，並發生冶金結合的過程。金屬固態焊合是摩擦焊、擴散焊、冷壓焊等固態焊接方法以及鍛造過程中內部孔洞癒合和分流焊合擠壓過程中共有的基本物理過程。國內外已有研究主要集中在焊合影響因素的實驗研究與焊合過程的理論分析方面，然而固態焊合過程原子尺度的微觀機制尚不明確。研究其微觀機制，為相關加工方法研究提供理論依據，具有重要意義。本課題基於分子動力學模擬，結合實驗方法，研究固態焊合微觀過程，揭示金屬固態焊合過程的微觀機制，建立焊合效率的定量預測模型。課題主要開展以下研究：模擬不同物理條件（如溫度、壓力等）下固態焊合的微觀過程，闡明固態焊合的微觀機制；結合模擬結果與實驗結果，闡明物理條件對接頭力學性能的影響規律與機制，建立焊合效率的預測模型；以攪拌摩擦焊為代表，研究不同工藝參數下接頭的力學性能，對焊合效率預測模型進行驗證。
結題摘要
固態焊合是指在一定的溫度、壓力等條件下實現固態金屬表面間的直接連線，是攪拌摩擦焊等製造技術中共有的基本物理過程。儘管基於固態焊合的製造技術套用廣泛，但微觀機制尚不明確，這使得相關實際工藝的設計與最佳化往往缺少理論依據。作為套用基礎研究，本項目針對基本物理現象以及實際焊接工藝，均開展了較深入的研究，取得以下三方面進展：（1）通過建立固態焊合過程的原子尺度模擬模型，研究了不同物理條件下固態焊合的物理過程，闡明了固態焊合中材料通過實現原子級緊密接觸實現焊合的內在物理機制；（2）建立並驗證了界面焊合比例的定量預測模型，定量闡明了固態焊合過程中界面焊合比例與壓力、溫度、載入時間之間的定量關係，為分析各種複雜物理條件下的固態焊合行為提供了數學方法與科學依據；（3）針對攪拌摩擦焊工藝，定量研究了攪拌摩擦焊接頭中宏/微觀缺陷的形成機制及其受焊接參數影響的規律，實現了相關接頭缺陷的定量預測。本項目的開展進一步揭示了金屬固態焊合的微觀機制，形成了研究固態焊合過程的新的定量數學方法，有助於對攪拌摩擦焊等實際過程中焊合缺陷的準確理解，為進一步分析各種複雜工藝條件下的固態焊合行為提供了與科學依據與理論基礎。
