表面纳米化Zr的拉伸性能

利用表面机械研磨处理（SMAT）技术在Zr片状拉伸样品表面施加剧烈变形，获得超细/纳米晶粒组织的变形细化表层，其中Zr板厚度1mm，两侧变形层厚度均为100μm。拉伸实验结果表明，表层细化组织提高了屈服强度和抗拉强度，使加工硬化能力及伸长率下降。应变速率在10^-4～10^-3s^-1范围时，拉伸强度随应变速率的提高而提高；应变速率增大至10^-2s^-1量级时，抗拉慢度下降。扫描电镜观察显示出韧性韧窝状断裂特征.     

表面纳米化对工业纯钛拉伸性能的影响

通过SMAT技术实现了工业纯钛表面纳米化,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)分析技术对表面纳米结构层进行了表征,对比研究了工业纯钛和经SMAT处理表面纳米化工业纯钛的拉伸性能,讨论了表面纳米化对工业纯钛拉伸性能的影响。结果表明:经SMAT处理后,由于表面纳米晶的形成和变形层中高密度的孪晶与位错共同的作用,工业纯钛的屈服强度、抗拉强度提高而伸长率降低。试样经SMAT处理后,沿处理面到中心晶粒尺寸不同,使得SMAT试样拉伸断裂后处理面与中心的断裂类型不同,表面纳米晶层和亚晶层的断裂主要是滑移分离断裂,而基体粗晶部分断裂为微孔聚集型断裂。     

弹性波在纳米单晶铜杆中的传播

采用预弛豫和对试件一个端部进行速度加载（另一端固定）的方法在分子动力学模拟中实现了纳米杆真实的动态单向加载过程,并提出了与宏观一致的应变率定义;对长脉冲和短脉冲在纳米铜杆中的传播过程进行了分子动力学模拟,同时也对短脉冲在纳米铜杆中的传播进行了连续介质力学三维有限元模拟．长脉冲的模拟结果表明,纳米铜杆的弹性模量会随着试件截面的增大而增大．短脉冲的模拟结果显示,分子动力学模拟结果相当于在连续介质力学三维有限元模拟结果上叠加了一个抖动,且两种方法模拟得到的波速和Rayleigh波速基本吻合,这表明边界扰动在纳米尺度试件中的传播仍然具有一维弹性应力波和横向惯性效应引起的几何弥散的特征;而叠加的抖动则体现了表面原子对弹性波传播的影响,且与加载前未能将试件完全弛豫到自然状态有关．     

微弧氧化表面处理对铝合金拉伸性能的影响

研究了微弧氧化表面处理对ＬＹ１２ＣＺ铝合金拉伸性能的影响,并用扫描电镜（ＳＥＭ）观察了拉伸断口及氧化膜形貌。结果表明,ＬＹ１２ＣＺ铝合金表面生长一层陶瓷氧化膜后拉伸性能变化不大。屈服强度,抗拉强度,弹性模量下降量都小于５％,伸长率也略有降低。试样表面氧化膜经过抛光过,拉伸性能有所改善,已拉伸试样的表面均匀地残留大量氧化膜碎片,显示氧化膜与基体结合状况良好。     

纳米孔洞对单晶/多晶Ni复合体拉伸性能的影响

采用分子动力学方法研究了预制纳米孔洞缺陷对单晶/多晶Ni复合体拉伸性能的影响。结果表明,与多晶Ni相比,单晶Ni能够提高单晶/多晶Ni复合体的抗拉强度。对比了孔洞位置分布对单晶/多晶Ni复合体拉伸性能的影响。模拟结果表明,处于单晶区域的纳米孔洞缺陷显著加剧了单晶/多晶Ni复合体界面的断裂。相反,孔洞处于多晶区域时,界面一侧的单晶Ni阻碍了多晶Ni侧非晶化的传播,抑制了孔洞向界面一侧的单晶扩展。随后讨论了界面孔洞的孔隙率对单晶/多晶Ni复合体拉伸性能的影响。结果表明,当孔隙率超过0.8%后,单晶/多晶Ni复合体的抗拉强度迅速下降。最后分析了当保持界面孔洞孔隙率不变的情况下空洞数量对拉伸性能的影响,结果显示,相比于大孔洞,分散的小孔洞具有更好的拉伸性能。     

SiC薄膜对纳米结构Ti拉伸和摩擦性能的影响

考察了SiC薄膜对块体纳米结构钛力学和摩擦性能的影响。实验采用磁控溅射技术制备SiC薄膜（样品台不加温），使用划痕仪测量界面结合力，采用拉伸试验机测量拉伸性能，采用摩擦试验机测量摩擦性能（对摩件为Si3N4，干摩擦），采用SEM-EDAX观察分析微观组织。研究了薄膜（或涂层）对块体纳米材料力学性能的影响，并且获得了一种兼具高强度、良好塑性和良好摩擦学性能的纯钛金属材料。研究结果表明，SiC薄膜不仅不会降低纳米结构Ti的拉伸性能，而且能显著降低摩擦系数（从0．7到0.3），大大提升抗磨性能。     

纳米多晶Cu-Ni合金三轴拉伸变形模拟

采用分子动力学对纳米多晶Cu-Ni合金三轴拉伸性能进行了模拟研究,从微观尺度探究了Ni含量及温度对合金拉伸性能的影响规律。结果表明,当Ni含量为10%时,最大拉应力达21.70 GPa,位错之间的相互作用是造成拉伸性能提升的重要原因。从能量、位错和堆垛层错方面对Ni含量为10%合金的性能进行了验证,表明Cu-Ni合金符合固溶弱化规律。当温度为100 K时,存在最大拉应力为22.21 GPa;当温度为900 K时,最大拉应变为0.1045。晶界原子百分比随加载温度的升高而增加,晶内原子百分比随加载温度的升高而减少;温度升高导致晶界熔化,原子无序度增加,对位错的阻碍作用下降。拉伸过程中位错密度不断降低,由位错缠结而引起的强化作用不断减少,导致高温时合金的拉伸性能下降。     

SiC薄膜对纳米结构Ti拉伸和摩擦性能的影响

考察了SiC薄膜对块体纳米结构钛力学和摩擦性能的影响.实验采用磁控溅射技术制备SiC薄膜(样品台不加温),使用划痕仪测量界面结合力,采用拉伸试验机测量拉伸性能,采用摩擦试验机测量摩擦性能(对摩件为Si3N4,干摩擦),采用SEM-EDAX观察分析微观组织.研究了薄膜(或涂层)对块体纳米材料力学性能的影响,并且获得了一种兼具高强度、良好塑性和良好摩擦学性能的纯钛金属材料.研究结果表明,SiC薄膜不仅不会降低纳米结构Ti的拉伸性能,而且能显著降低摩擦系数(从0.7到0.3),大大提升抗磨性能.     

纳米级粗糙表面接触行为的分子动力学模拟

为了研究纳米级粗糙表面接触的微观机理,以金刚石为例,采用Tersoff势,用分子动力学方法研究了具有分形粗糙表面的刚性球形探头与弹性平面的接触过程.模拟结果显示,探头的表面形貌是影响趋近阶段粘附力的重要因素,分形维数越大,粘附力越大;探头的表面形貌对载荷-位移曲线也有影响,载荷较小时,探头表面粗糙形貌显著影响载荷的增长规律,载荷较大时,表面形貌对载荷-位移曲线变化的影响不再显著,载荷与位移线性增长;探头表面的纳米级粗糙峰,显著地影响了探头与基体之间的接触行为.但这种改变,并不会影响接触过程中真实接触面积与法向载荷间的线性关系.     

DD499单晶合金拉伸性能薄壁效应

本文系统研究了壁厚对拉伸曲线形态、拉伸强度以及断裂特性的影响。在所测试温度范围内,壁厚对拉伸曲线形态、拉伸强度和断裂特性都有明显的影响;相对而言,760℃拉伸性能薄壁效应更加明显,但壁厚和拉伸塑性间没有明显的函数关系。在760℃标准试样断口表面存在多个滑移系同时启动产生的波纹状滑移特征;而不同壁厚试样尽管也表现出滑移开裂特征,但滑移系单一。在900℃标准试样断口表面存在大量等轴韧窝,表现出延性断裂的特征;而不同壁厚试样的断口表现出混合断裂特征。     

单晶Cu纳米杆拉伸力学特性的尺寸依赖性模拟

对圆形、方形截面形状的单晶Cu纳米杆拉伸变形过程进行了分子动力学模拟.通过中心对称参数方法并结合位错形核理论分析了截面形状、截面面积和长细比对纳米杆拉伸力学特性的影响,研究了单晶Cu纳米杆拉伸力学特性的尺寸依赖性.结果表明:首次屈服后,纳米杆在位错形核-位错延伸与滑移-晶格原子交叉滑移的交替循环作用机制下,产生塑性变形;截面形状对纳米杆拉伸变形的初始塑性影响较小,而对纳米杆拉伸力学特性的影响较大;随着截面面积的增大,两种截面形状的纳米杆都出现首次屈服点提前,屈服应力减小和弹性模量增大的现象;与方形截面形状纳米杆相比,圆形截面形状纳米杆的屈服应力的变化率较小,其弹性模量的变化率较大;当截面面积增大到500nm~2后,两种截面形状纳米杆的弹性模量趋于稳定,其值接近理论值84GPa.加大仿真规模后,长细比对纳米杆的拉伸力学特性略有影响.     

ATOMISTIC SIMULATION OF NANOSTRUCTURE FOR MACHINING-TENSION PROCESS

利用分子动力学在原子尺度模拟了单晶Cu (111)面纳构件的纳米加工过程和加工后纳构件的拉 伸过程, 分析了纳刻划过程的缺陷行为及加工缺陷对纳构件力学特性的影响. 结 果表明: 在纳刻划过程中, 在针尖的前方和下方形成加工变形区; 当刻划深度 较浅时, 位错仅在表面与亚表面繁殖; 随着刻划深度的增加, 加工后残留的缺 陷数量增加, 纳构件的有序度及首次屈服应力下降; 加工后的纳构件内部, 尤其在针尖退出处有较高的残余应力. 对加工后的纳构件施加拉伸载荷, 由于 存在残留加工缺陷和较高残余应力, 其应力--应变曲线在弹性上升阶段有局部下降; 在塑性阶段, 由于位错繁殖及位错塞积和中间部分原子的迁移重构使应力--应变曲 线呈锯齿状逐渐下降. 纳构件断裂失效前表现为单原子相连的纳 链. 纳构件的有序度随着刻划深度的增加而下降. 在应变为0.8处, 刻划较浅的 纳构件的有序度较首次屈服处的有序度略好.     

工艺参数对单晶连铸线材表面质量的影响

单晶连铸技术是一项新型的Ｎｅａｒｎｅｔｓｈａｐｅ生产技术，它可以连续铸造无限长镜面金属单晶线材。作者利用自制的小型单晶连铸设备，以工业纯铝为原料在实验室内进行了工艺试验，分析和探讨了各主要工艺参数对连铸线材表面质量的影响。结果表明连铸线材的表面质量取决于固液界面的位置，后者受铸型温度、冷却能力、连铸速度等各主要工艺参数的影响。只有当这些工艺参数正确地协调匹配时，才能获得光如镜面的表面质量     

Molecular Dynamics Simulation of the Surface Energies of High—Index Surfaces in Metals

利用嵌入原子型原子间相互作用势的分子动力学，计算了金属A1，Cu，Ni位于两个晶带上([001］晶带和[110］晶带)一系列高Miller指数面的表面能．推广了基于表面结构单元模型的经验公式,计算结果表明，利用本文推广的经验公式可根据几个低Miller指数面的表面能估计出高Miller指数面的表面能和表面结构特征,最密排面的表面能最低；最密排面(111)和次密排面(110)，(100)的表面能分别是表面能值随晶向角度θ变化曲线上的极小值；理论模拟结果、公式计算结果和已有的实验数据三者符合得较好。     

生长铜膜中孪晶形成与出现几率的分子动力学模拟

运用分子动力学和静力学方法对(111)生长铜膜中孪晶形成的原子过程与能量进行了模拟研究.所用的原子间相互作用势为Finnis-Sinclair型镶嵌原子法(EAM)势.模拟和计算分析结果表明,(111)生长铜膜表面沉积原子在不同局部可形成正常排列的fcc畴或错排的hcp畴;沉积原子处于hcp位置时体系的能量比fcc位置时要高,其增量决定了孪晶面出现几率.沉积原子错排能还受相邻{111}孪晶面的影响,其间距小于3个原子层厚时,沉积原子错排能与不形成孪晶的Al晶体表面沉积原子错排能相当,此时形成孪晶面的几率极低;随间距的增加,表面沉积原子错排能迅速降低,在间距达到约12个原子层厚以后,降到略低于完整Cu晶体{111}表面的沉积原子错排能,这表明此时出现孪晶面的几率比在完整晶体表面形成一个新的孪晶面的几率要大.     

等轴应变作用下Cu,Al薄膜的取向择优生长

用分子动力学方法模拟了Cu双晶和Al双晶薄膜的（111）生长,模拟时假定在薄膜平面内保持恒定的等轴双向应变,薄膜中两晶粒的能量计算表明：不同晶粒的能量存在差异,能量较低的晶粒在沉积中择优生长,逐渐取代能量较高的晶粒,Cu膜择优生长速率显著高于Al膜：两种薄膜择优生长的机制完全不同,Cu膜中处于不利位向的晶粒通过孪晶过渡转变为择优取向,转变完成、晶界湮灭后薄膜中残留的缺陷为位错;而Al膜则是通过无序结构重结晶实现上述转变,转变完成、晶界湮灭后薄膜中残留的缺陷为间隙原子,文中对上述择优生长驱动力的来源、以及在纳米多晶中的重要性进行了讨论。     

纳米孪晶铜力学性能和尺度效应的研究

采用基于机制的应变梯度塑性的传统理论(CMSG),对具有不同尺寸的铜纳米晶粒及孪晶的应力-应变关系进行了有限元模拟.在分析中提出了孪晶薄层强化带的概念并用粘聚力模型模拟晶界的滑移和分离现象,给出了在单向拉伸条件下不同厚度孪晶薄层和不同材料参数对孪晶铜总体应力-应变关系的影响,同时也给出了晶粒中孪晶薄层取向分布对孪晶铜应力-应变关系的影响.数值模拟结果显示:随着晶粒尺寸和孪晶薄层间距的减小,应变梯度效应逐渐增强,材料强化效果越明显;孪晶薄层的取向分布对材料整体的力学性能有较大影响,并且随着晶粒及孪晶薄层间距的减小,孪晶薄层取向的影响也越来越小.最后,有限元计算结果与实验数据进行了对比分析.     

SURFACE TENSION OF MOLTEN IF STEEL CONTAINING Ti AND ITS INTERFACIAL PROPERTIES WITH SOLID ALUMINA

Surface tension of molten IF steel containing Ti and contact angle between the liquid steel and solid alumina were measured with sessile droplet method under Ar gas atmosphere at 1500, 1575 and 1600℃. The results show that titanium decreases the surface tension of themolten IF steel and the contact angle. The interfacial tension between the molten IF steel containing Ti and solid alumina decreases with increase in titanium content. The work of adhesion between molten IF steel containing Ti and solid alumina decreases slightly at1550~C, but increases at 1600℃ with increasing titanium content. It can be deduced that fine bubbles and fine alumina inclusions are easily entrapped in solidifying interface for IF steel containing Ti.     

压痕过程中非晶Cu形变诱导晶化行为的原子模拟

采用Mishin镶嵌原子势,通过分子动力学方法模拟了非晶Cu在压痕作用下的形变诱导晶化行为,考察了压痕过程中能量、应力与微观结构演化的关系.局部塑性变形区域出现微小晶核,随着变形的增加,晶核不断生长与合并,局部塑性变形是导致非晶晶化的根本原因最终生成的晶粒具有面心立方结构,其(111)密排面平行于剪切面.非晶相中的纳米晶粒能提高非晶材料的刚度.