层错四面体对单晶铜层裂行为影响的分子动力学研究

层错四面体是一种典型的三维空位型缺陷,广泛存在于受辐照后的面心立方金属材料中,对材料的力学性能有显著的影响.目前,关于层错四面体对辐照材料层裂行为的影响还缺乏深入系统的研究.本文使用分子动力学方法模拟了含有层错四面体的单晶铜在不同冲击速度下的层裂行为,对整个冲击过程中的自由表面速度及微结构演化等进行了深入的分析.研究发现,层错四面体在冲击波作用下会发生坍塌,并进一步诱导材料产生位错、层错等缺陷.在中低速度加载下,层错四面体坍塌引起的缺陷快速向周围扩展,为孔洞提供了更宽的形核区域,促进了孔洞的异质成核,造成材料层裂强度大幅度减小.当冲击速度较高时,层错四面体坍塌导致的局部缺陷对材料的层裂强度不再有明显影响.

面心立方晶体中位错-辐照层错四面体相互作用的动力学效应

通过原子模拟方法和理论建模,本文系统地研究了面心立方晶体Cu和Ag(低层错能材料)中刃型位错与辐照层错四面体(SFT)的交互作用过程,重点探讨和表征了动力学惯性效应对两者相互作用机制和辐照层错四面体障碍强度的影响.研究结果表明,位错切过层错四面体至少存在M1–M5五种机制,当位错滑移面离层错四面体基底足够远时,位错倾向于通过M1和M2机制直接切过层错四面体;当位错滑移面靠近层错四面体基底时,位错则选择通过M3–M5机制攀移绕过层错四面体.随着机制的转变,位错克服层错四面体临界切过应力(CRSS)也随位错与层错四面体交截面尺寸d呈现出两阶段的变化趋势.位错运动的动力学效应虽然不会显著改变位错与层错四面体相互作用机制,但会大大降低位错克服层错四面体所需的临界应力.有鉴于此,本文发展了一种能考虑位错与层错四面体相互作用机制转变和动力学惯性效应的两阶段辐照层错四面体硬化行为的理论模型.

强流脉冲电子束辐照下单晶铝中的堆垛层错四面体

利用强流脉冲电子束技术对单晶铝进行了辐照,并利用透射电镜对强流脉冲电子束诱发的空位簇缺陷进行分析.实验结果表明,强流脉冲电子束能够诱发位错圈、孔洞甚至堆垛层错四面体这种通常在高层错能金属中不能形成的空位簇缺陷,并且三种不同类型的空位簇缺陷的形核过程并不同时发生,三种空位簇缺陷存在着密切的关系.根据实验结果提出了堆垛层错四面体形成与生长机理.

单晶铜中的类层错四面体稳定性

层错四面体作为受核辐照作用金属材料中一类常见的三维缺陷,会极大的改变材料塑性变形行为.论文借助分子静力学和分子动力学方法,针对不同构型、不同尺寸的类层错四面体,考察了不同形状空位团簇演化为类层错四面体的位错反应机理和形成能变化趋势,研究了类层错四面体附近空位形成能分布特征和最小空位形成能随类层错四面体尺寸增大的变化规律,分析了含不同构型、不同尺寸的类层错四面体铜单晶体的微观变形机理和单晶体屈服应力随类层错四面体尺寸增大的变化规律.研究发现:类层错四面体通过Silcox-Hirsch机制形成,且经历了空位团簇坍塌、Frank位错环分解和Shockley位错交汇形成层错四面体棱边三个过程;类层错四面体附近最小空位形成能随着类层错四面体尺寸变化而变化,且变化趋势与类层错四面体构型在稳态、亚稳态和非稳态之间过渡相关,稳态无尖端类层错四面体的最小空位形成能变化趋势表现出明显的尺寸效应;剪切会导致含类层错四面体铜单晶体产生两类层错四面体位错开动模式,即:斜面Shockley偏位错滑移和层错四面体底面压杆位错分解,且含类层错四面体的单晶体屈服应力基本上随着类层错四面体尺寸增大而逐渐减小.

铜晶体中类层错四面体的结构及其演化

运用分子动力学方法,研究了金属铜单晶中不同形状的Frank位错环演化形成的各种类层错四面体稳定构型.对其形成过程的细致分析表明,这些稳定构型都可以用统一的位错分解和位错反应过程来解释.模拟结果表明,在零温下各种Frank位错环存在各自的临界尺寸,小于临界尺寸的Frank位错环不能长成类层错四面体结构.对梯形、六边形等Frank位错环演化过程的模拟表明,在形成稳定类层错四面体的过程中,存在位错生长和回缩的振荡现象.振荡现象是由于位错间的排斥和吸引相互作用不同步或弹性波传播的延迟效应引起的.

内氧化AgCu合金中的四面体堆垛层错

内氧化ＡｇＣｕ合金中的四面体堆垛层错彭晓，平德海，陈全芳，李铁藩，吴维（中国科学院金属腐蚀与防护研究所腐蚀科学开放研究室，沈阳１１００１５）（中国科学院金属研究所固体原子像开放研究实验室）内氧化银合金是一种重要的电器材料。内氧化银颗粒的形核生长过程如...

铝中小空位团簇稳定性的第一性原理研究

空位团簇是铝合金中最常见的缺陷之一。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究铝中孔洞、层错四面体(SFT)和{111}平面上的空位板等小空位团簇的能量学,发现文献报道的单空位形成能的显著差异主要与它们所使用的交换相关泛函数有关,LDA是Al中单空位形成能最可靠的近似,其次是PBE、PBEsol、PW91和AM05。本文结果证实Al中的双空位在能量上是不稳定的。此外,任何结构中小于5的空位团簇相对于相应数量的孤立单空位都是不稳定的。SFT是大多数小空位团簇中最稳定的结构,其次是孔洞和空位板。这些结果有助于理解实验观测到的铝中空位团簇的尺寸分布。

强流脉冲电子束辐照诱发的AISI 304奥氏体不锈钢中的空位簇缺陷

利用强流脉冲电子束技术对AISI304奥氏体不锈钢进行辐照处理,采用透射电子显微镜详细地分析了辐照诱发的空位簇缺陷结构。1次辐照未产生空位簇缺陷结构;5、10次辐照后诱发大量的空位簇缺陷结构,缺陷尺寸通常小于10nm,随辐照次数增加,缺陷簇数量明显增加,但尺寸增加不明显;小缺陷簇主要由空位型位错圈和少量的堆垛层错四面体(SFT,stacking fault tetrahedral)组成,SFT占整个缺陷簇的比例低于1%;少量的孔洞缺陷在孪晶片附近出现。10次辐照后,孪晶片前沿或附近形成大量的大尺寸SFT,其最大尺寸可达250nm,这些大尺寸SFT的形成机制与小尺寸SFT的有所不同,通过1/3<111>位错攀移在孪晶片前沿和孪晶界上的台阶处形成的压杆位错核心吸收周围丰富的空位而长大可能是大尺寸SFT形成的原因。

强流脉冲电子束作用下的不锈钢显微结构分析

利用"Nadezhda-2"型强流脉冲电子束装置对1Cr18Ni9Ti不锈钢样品进行不同脉冲次数的电子束轰击处理,采用H-800型透射电子显微镜分别对5次和10次轰击处理的样品进行观察。结果表明,经5次轰击样品中存在板条马氏体组织和形变孪晶组织;经10次轰击样品中存在形变孪晶组织和层错四面体结构。对产生这些显微结构的分析表明,在面心立方结构(111)面内,沿[110]方向的Frank位错圈产生αa→αd+da反应生成层错四面体;在脉冲电子束作用下产生的快速加热和冷却速度是导致面心立方金属产生上述显微结构的主要原因。

脉冲激光辐照对316L不锈钢重位点阵晶界的影响

目的提高316L不锈钢的重位点阵晶界比例,减少随机晶界的比例,改善材料的抗晶间腐蚀性能。方法选择合适的辐照温度,利用Nd:YAG激光器对SUS316L奥氏体不锈钢表面进行飞秒和纳秒激光辐照。通过电子背散射衍射技术分析辐照样品的晶界特征分布,研究不同激光辐照条件对试样晶界的影响。此外,在透射电镜下,观察脉冲激光辐照样品中的晶体缺陷和Σ3晶界。结果相比于未辐照试样,723 K下飞秒激光辐照使试样的Σ3晶界比例增加2.88%,R晶界比例减少4.24%;723 K下纳秒激光辐照使试样的Σ3晶界比例增加10.78%,R晶界比例减少9.97%;773 K下纳秒激光辐照使试样的Σ3晶界比例增加12.52%,R晶界比例减少10.68%。在透射电镜下观察到,773K下脉冲激光辐照试样中存在大量的堆垛层错四面体,但在孪晶形核的"台阶"内部没有发现该类缺陷。结论重位点阵晶界比例的变化主要与晶界迁移和孪晶形成有关,其中脉冲激光辐照产生的能量为试样趋肤层的晶界迁移提供有利的条件,而辐照引起的晶体缺陷会促进晶界迁移过程中孪晶的形核和生长。

强流脉冲电子束辐照诱发多晶纯铝中的空位缺陷簇结构

利用强流脉冲电子束(HCPEB)技术对多晶纯铝样品进行辐照,采用透射电子显微镜详细分析了辐照诱发的空位簇缺陷.HCPEP辐照后,在辐照表层内形成了大量的四方形空位胞,其间包含位错圈和堆垛层错四面体(SFT)等类型的空位簇缺陷.1次辐照后,空位胞内产生空位型位错圈,5次辐照则主要产生SFT;10次辐照后,空位胞内产生的空位簇缺陷主要是位错圈,局部区域也观察到了SFT缺陷,在产生SFT的附近区域具有很低的位错密度或者几乎无位错出现.HCPEB辐照产生的瞬间加热和冷却诱发了幅值极大且应变速率极高的应力,这一因素导致的整个原子平面的位移可能是SFT形成的原因所在.

强流脉冲电子束辐照诱发金属纯镍中的空位簇缺陷

利用强流脉冲电子束(high-current pulsed electron beam,HCPEB)技术对多晶纯Ni进行了辐照处理,采用透射电子显微镜详细分析了辐照诱发的缺陷结构.HCPEB辐照后,纯镍表层积聚了幅值极大的残余应力,沿{111}晶面形成了稠密的位错墙及孪晶结构,另外还形成了大量的包括位错圈、堆垛层错四面体(SFT)及孔洞在内的空位簇缺陷.SFT缺陷的数量远高于其他空位簇缺陷,其周围区域位错密度很低.孔洞缺陷主要出现在SFT密集区域.HCPEB瞬间的加热和冷却诱发的幅值极大的应力和极高的应变速率导致的整个原子平面的位移可能是大量空位簇缺陷形成的原因所在.

AgCu合金的内氧化的微观结构与机制

研究了Cu含量(原子分数)分别为0.8%,3.3%,6.3%和9.5%的AgCu合金在750℃以及850℃的内氧化.发现CuO颗粒能在含有0.8%,3.3%和6.3%Cu的合金表面较均匀形核析出,而Ag-9.5%Cu合金表面有CuO颗粒簇集中析出的现象;并且,内氧化的形核与长大情况随Cu含量或氧化温度的变化而明显不同,氧化温度及Cu含量低时,CuO的析出与长大规律符合B(?)hm-Kahlweit经典模型的预测,反之,CuO的析出与长大出现了反常现象.通过对内氧化AgCu合金的原子结构进行观测,提出了内氧化层内形成的堆垛层错四面体(SFT)促进了CuO的形核的观点.

通过透射电子显微镜观察CuZnAlMnNi记忆合金的氧化

通过透射电子显微镜观察了淬火ＣｕＺｎＡｌＭｎＮｉ记忆合金经离子减薄后在空气中的氧化，发现合金经室温放置９０ｄ后，在表面上形成了许多均匀分布的大小不一的氧化物颗粒．颗粒主要沿着马氏体板条中的层错面形成，同时在合金中的层错四面体处及位错线周围也都形成了较大的氧化物颗粒．氧化物的形成导致马氏体组织中的层错亚结构减少，局部区域甚至完全消失，这是淬火合金在室温放置过程中记忆性能降低的原因之一．

纳米铜薄膜塑性变形中空位型缺陷形核与演化的分子动力学研究

本文采用分子动力学方法模拟了纳米单晶铜薄膜在单向拉伸载荷作用下的塑性变形过程,重点分析了空位型缺陷的形核过程和演化机理.在模拟过程中,采用镶嵌原子势描述原子间的相互作用.模拟结果表明纳米铜薄膜中塑性变形起源于位错的表面形核,而空位型缺陷的形核及演化都与晶体内部的位错运动密切相关.空位型缺陷通常从位错割阶及层错交截处开始形核,以单空位、层错四面体和不规则空位团等形式存在.

内氧化形核反常现象的一种解释

1 B(?)hm-Kahlwen形核模型 以Pt,Ag等贵金属为基的二元稀固溶合金在一定的O浓度(O分压)下会发生内氧化。研究内氧化的形核机制,有助于理解内氧化析出物对内氧化合金的机械性能,如硬度、疲劳寿命、抗拉强度,以及蠕变、再结晶等行为的影响。根据内氧化物的析出受扩散控制的B(?)hm和Kahlweit提出的经典模型,如果合金内氧化时,在已析出内氧化物的X'处的前方X处,O和溶质浓度达到形核的过饱和度,则有新的内氧化物在X处析出,X与X'间的距离可以表示为:ΔX=X-X',它近似等于析出物间的平均距离(见图1),因此,内氧化层中,单位体积内析出物数量[N_v(x)]可以用下式来表示: