金屬納米線塑性變形加工硬化行為研究

《金屬納米線塑性變形加工硬化行為研究》是依託哈爾濱工業大學，由袁林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：金屬納米線塑性變形加工硬化行為研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：袁林

項目摘要

當前基於良好套用預期的一維納米線材料的研究受到世界各國政府和學者的重視，但其套用一直沒有有效突破，對於金屬納米線而言，其瓶頸問題之一是金屬納米線有無塑性加工硬化行為。本項目擬對分子動力學方法進行研究，建立定量精確分子動力學大規模並行計算方法，提供適合金屬納米線塑性加工硬化行為計算軟體，進行典型不同尺寸的面心和體心單晶和多晶金屬納米線的塑性變形過程中加工硬化的分子動力學大規模並行模擬研究，並重點結合拉伸實驗，探索金屬納米線塑性加工硬化機理。此外，還將揭示金屬納米線塑性加工硬化的關鍵影響因素。目的是通過分子動力學大規模並行模擬技術和探索性實驗揭示金屬納米線材料有無塑性加工硬化行為，以及塑性加工硬化行為的影響因素和發生塑性加工硬化行為的臨界尺寸，建立金屬納米線材料塑性加工硬化理論，為一維金屬納米線的套用奠定基礎。

結題摘要

當前基於良好套用預期的一維納米線材料的研究受到世界各國政府和學者的重視，但其套用一直沒有有效突破。其瓶頸問題之一是變形中有無塑性加工硬化行為及其內在的塑性變形機制。本項目建立不同尺度下典型面心、體心單晶和多晶體金屬納米線模型並進行了大規模分子動力學模擬。此外還採用先進的微觀材料變形表征系統，對金屬納米線加工硬化進行實驗對比研究，結合理論分析、大規模計算和實驗研究探索金屬納米線的塑性加工硬化行為。項目組鑒於當前世界上僅少數幾個課題組初步建立多晶體晶界，且沒有報導相關技術細節，經過長期研究開發出了一套新穎的金屬多晶體模型的創建方法。所創建的多晶體模型經過多重分子動力學弛豫平衡之後得到的晶界結構穩定，與真實晶體中的晶界結構非常近似，晶界能量和自由體積等值與實驗實際測量值和理論計算值基本符合。創建的具有Σ3非對稱傾轉晶界的模型在拉伸變形過程中均出現了加工硬化現象，是由於晶內大量的位錯活動導致位錯之間相互作用以及孿晶的產生造成的。研究表明傳統的Schmid因子不能對這些結果進行解釋，提出用Schmid因子結合法向因子和共滑移因子來解釋模擬過程中發現在初始屈服時刻位錯均發射進入模型左側晶體的現象。對當前學術界沒有研究的晶粒形狀對金屬納米線塑性加工硬化的影響展開了探索性研究，結果表明具有等軸晶的多晶體Ag在單軸拉伸變形過程中僅出現軟化行為，是由於晶粒尺寸對位錯自由程的限制造成的。而具有片層狀的多晶體Ag塊體和薄膜在單軸拉伸變形過程中出現加工硬化而納米線則軟化，是由於Lomer-Cottrell位錯鎖位錯運動障礙的產生與破壞造成的。多晶鎳納米柱單軸壓縮過程隨著晶粒尺寸的減小，晶界分數的增大，流動應力曲線及外表面都變得更加平整，是由於晶內位錯滑移及晶界的協調共同作用所造成的。多晶體Mo的塑性變形是以bcc到fcc的相變開始的，同時伴隨著少量的位錯參與變形，只表現出軟化行為。圓柱形通孔沒有使單晶體擁有硬化能力。含有圓柱形和球狀孔洞的Cu多晶體在變形過程中沒有硬化現象出現說明孔洞存在不能夠強化金屬。項目組發現殘存位錯能夠強化Cu多晶體。本項目通過對面心和體心金屬納米線材料的分子動力學模擬和探索性實驗揭示了其在變形過程中的加工硬化行為。探究出了其加工硬化行為的影響因素並建立了塑性加工硬化理論模型。這些研究工作為獲得高強並且塑性良好的材料以及擴大一維納米線的套用奠定了理論基礎。