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单晶NiTi形状记忆合金薄膜的纳米压痕循环变形分子动力学模拟

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固体力学学报 2023年第4期44卷 512-525页

作者：赵睿东邢哲源于超康国政西南交通大学力学与航空航天学院成都610031

采用第二近邻修正型嵌入原子势的分子动力学方法模拟了单晶NiTi形状记忆合金薄膜的纳米压痕循环变形行为,重点讨论了温度对微观结构演化的影响.为了进一步揭示单晶NiTi形状记忆合金薄膜的塑性变形机制,分析了压痕中涉及的马氏体相变、... 详细信息

采用第二近邻修正型嵌入原子势的分子动力学方法模拟了单晶NiTi形状记忆合金薄膜的纳米压痕循环变形行为,重点讨论了温度对微观结构演化的影响.为了进一步揭示单晶NiTi形状记忆合金薄膜的塑性变形机制,分析了压痕中涉及的马氏体相变、位错、无序结构和弹性恢复系数的影响.模拟结果表明,不同温度下(350K、450K、550K)载荷位移曲线出现陡降的临界载荷不同,这主要与位错的形核相关.升高温度可以促进位错的形核及滑移,导致抵抗塑性变形能力的降低.另外,超弹性循环变形在一定的周次后可以达到稳定,塑性变形和晶体结构演化之间存在关联.纳米压痕残余变形的累积起源于位错滑移、孪生变形、残余马氏体相的累积和无序结构塑性.

关键词： NiTi形状记忆合金薄膜分子动力学模拟纳米压痕循环变形

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纳米压痕法测量Cu的室温蠕变速率敏感指数

金属学报 2001年第11期37卷 1179-1183页

作者：陈吉汪伟卢磊卢柯中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室沈阳110016

介绍一种测量室温蠕变速率敏感指数ｍ的新方法，即通过纳米压痕仪精确测量压头的压入位移ｈ和材料的硬度值来计算ｍ值．用该法分别测得单晶Ｃｕ（１２３）压痕蠕变的ｍ的平均值约为０．００４５；多晶Ｃｕ和纳米晶Ｃｕ晶粒尺寸为３０ｎ... 详细信息

介绍一种测量室温蠕变速率敏感指数ｍ的新方法，即通过纳米压痕仪精确测量压头的压入位移ｈ和材料的硬度值来计算ｍ值．用该法分别测得单晶Ｃｕ（１２３）压痕蠕变的ｍ的平均值约为０．００４５；多晶Ｃｕ和纳米晶Ｃｕ晶粒尺寸为３０ｎｍ）的ｍ的平均值分别为０．００７和０．００９４．压痕蠕变曲线与传统的单轴蠕变曲线十分相似；室温ｍ的平均值与加载条件无关，而由材料的微观结构决定．

关键词：纳米压痕蠕变速率敏感指数铜测量

基于纳米压痕试验的塑性本构参数反演方法研究

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固体力学学报 2023年第5期44卷 606-621页

作者：田静萱夏僮杨振宇卢子兴贺小帆贺自强北京航空航天大学航空科学与工程学院固体力学所北京100083 中国航发北京航空材料研究院北京100095

纳米压痕技术被广泛应用于微纳米材料的力学性能测试.目前通过压痕试验的载荷-位移曲线确定材料的硬度与杨氏模量的方法已经相对成熟,但获取材料的塑性本构参数仍然存在挑战.本文针对真空化学热处理表面渗碳的M50NiL轴承钢,基于Johnson-... 详细信息

纳米压痕技术被广泛应用于微纳米材料的力学性能测试.目前通过压痕试验的载荷-位移曲线确定材料的硬度与杨氏模量的方法已经相对成熟,但获取材料的塑性本构参数仍然存在挑战.本文针对真空化学热处理表面渗碳的M50NiL轴承钢,基于Johnson-Cook塑性本构模型,结合神经网络技术及遗传算法建立了塑性本构参数反演分析方法,获得了沿表面渗碳方向的塑性本构参数变化规律.最后通过试验结果与有限元计算结果的载荷-位移曲线对比验证了该方法的有效性.

关键词：纳米压痕有限元方法神经网络技术遗传算法反演分析

水环境下单晶铜纳米压痕缺陷演化与弹塑性变形行为研究

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机械科学与技术 2023年

作者：邱蓬勃王全龙武美萍马成龙缪小进万光海江南大学机械工程学院

从原子尺度探寻单晶铜在水介质参与下的纳米压痕实验过程中材料的塑性变形规律以及位错形核和缺陷演化过程。采用分子动力学方法，使用lammps进行水环境下单晶铜纳米压痕模拟，观察压头在加载和卸载过程中的原子瞬态图像，最后得出其压... 详细信息

从原子尺度探寻单晶铜在水介质参与下的纳米压痕实验过程中材料的塑性变形规律以及位错形核和缺陷演化过程。采用分子动力学方法，使用lammps进行水环境下单晶铜纳米压痕模拟，观察压头在加载和卸载过程中的原子瞬态图像，最后得出其压痕过程的载荷-位移曲线，探究其弹塑性变形规律；通过Ovito可视化软件观察单晶铜在纳米压痕过程中HCP晶格类型的铜原子结构，分析单晶铜内部位错演化的四个阶段，观察位错环的形核生长以及发射行为，探究不同位错环之间的形核演化异同，分析位错环的关联耦合效应。对比真空与水介质条件下二者的异同，结果表明，在加载过程中，水分子带走了单晶铜塑性变形的大部分能量，导致单晶铜的位错缺陷的种类和规模均会减小；在卸载过程中，由于水分子的残留，单晶铜表面更加粗糙，单晶铜亚表层的变形也更加严重。另外，不同位错环之间的演化过程较为相似，但压头下压深度越大，位错环的形核时间越滞后，位错规模越小。由此得出，在水环境中，材料的位错变形种类和规模都可以被有效地控制。

关键词：水环境单晶铜纳米压痕分子动力学仿真位错

纳米压痕实验中单晶Cu初始塑性变形的准连续介质模拟

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金属学报 2008年第12期44卷 1455-1460页

作者：赵星李久会王绍青张彩碚东北大学理学院沈阳110004 辽宁工业大学数理科学系锦州121001 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家联合实验室沈阳110016

采用准连续介质方法模拟了纳米压痕实验中单晶Cu初始塑性变形过程.采用3种不同宽度的纳米尺度压头,得到了载荷-压痕位移关系曲线,确定了3种不同宽度压痕下位错发射的临界载荷.临界载荷的大小与能量理论的预测结果基本一致.通过对压头下... 详细信息

采用准连续介质方法模拟了纳米压痕实验中单晶Cu初始塑性变形过程.采用3种不同宽度的纳米尺度压头,得到了载荷-压痕位移关系曲线,确定了3种不同宽度压痕下位错发射的临界载荷.临界载荷的大小与能量理论的预测结果基本一致.通过对压头下方位移场的分析,揭示了加载过程中位错形核的力学特征和微观结构特征;得到了压头下方几何必需位错密度增加的一般规律.定性地分析了卸载过程中位错的运动与湮灭.

关键词：单晶Cu 纳米压痕位错准连续介质方法

纳米压痕过程的多尺度模拟与Rice-Thomson位错模型分析

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稀有金属材料与工程 2010年第12期39卷 2095-2100页

作者：黎军顽倪玉山 Fudan Univ Dept Engn Sci & Mech Shanghai 200433 Peoples R China

采用多尺度准连续介质法(简称QC方法)对单晶Ag薄膜纳米压痕过程进行模拟,研究压头宽度对纳米压痕过程中接触应力分布、位错形核临界载荷以及纳米硬度的影响,并用Rice-Thomson位错模型(简称R-T位错模型)进行分析。结果表明,纳米压痕获得... 详细信息

采用多尺度准连续介质法(简称QC方法)对单晶Ag薄膜纳米压痕过程进行模拟,研究压头宽度对纳米压痕过程中接触应力分布、位错形核临界载荷以及纳米硬度的影响,并用Rice-Thomson位错模型(简称R-T位错模型)进行分析。结果表明,纳米压痕获得的载荷-位移曲线呈现出的不连续性与位错之间的协同作用密切相关;压头尺寸对纳米压痕过程中接触应力分布、位错形核临界载荷以及纳米硬度具有明显的影响:随着压头宽度的增加,法向和切向接触应力以及纳米硬度值递减,呈现出明显的压头尺寸效应;而压头下方薄膜内位错形核临界载荷却递增,且与压头半宽度的平方根成正比。模拟结果与相应实验结果以及R-T位错模型计算结果吻合。

关键词：纳米压痕过程多尺度模拟位错形核模型分析压头位错模型纳米硬度临界载荷接触应力分布实验结果宽度对协同作用位移曲线模拟结果连续介质计算结果尺寸效应不连续性薄膜

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纳米压痕法测量Cu膜的硬度和弹性模量

金属学报 2010年第9期46卷 1098-1102页

作者：黎业生汪伟江西理工大学材料与化学工程学院赣州341000 中国科学院金属研究所材料科学国家(联合)实验室沈阳110016

利用纳米压痕技术对沉积在Si衬底上1μm厚Cu膜的硬度H和弹性模量E进行了测量.结果表明,由单一刚度测量(SSM)和连续刚度测量(CSM)2种方法测得的E值基本一致.然而由于Cu膜的室温蠕变行为显著,用SSM方法测得薄膜的H值显著小于用CSM方法测得... 详细信息

利用纳米压痕技术对沉积在Si衬底上1μm厚Cu膜的硬度H和弹性模量E进行了测量.结果表明,由单一刚度测量(SSM)和连续刚度测量(CSM)2种方法测得的E值基本一致.然而由于Cu膜的室温蠕变行为显著,用SSM方法测得薄膜的H值显著小于用CSM方法测得的H值.对加载曲线进行分析表明,在压入深度为528—587 nm时薄膜硬度显示基体效应,压入深度与薄膜厚度的比值与有限元计算结果吻合较好.

关键词：纳米压痕 Cu膜硬度弹性模量

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纳米压痕法测定微铸件室温蠕变速率敏感指数

金属学报 2008年第3期44卷 272-276页

作者：任明星李邦盛杨闯傅恒志哈尔滨工业大学材料科学与工程学院

采用纳米压痕仪,结合恒加载速率/载荷法(const.P/P)和恒载荷法(const.P)测试了室温下ZnAl_4合金微铸件的蠕变应变速率敏感指数(m).结果表明:微铸件不同位置的m值基本相同,齿顶与齿根处分别为0.0958和0.0879,与微铸件晶粒度无关;同时,同... 详细信息

采用纳米压痕仪,结合恒加载速率/载荷法(const.P/P)和恒载荷法(const.P)测试了室温下ZnAl_4合金微铸件的蠕变应变速率敏感指数(m).结果表明:微铸件不同位置的m值基本相同,齿顶与齿根处分别为0.0958和0.0879,与微铸件晶粒度无关;同时,同一位置在不同恒P/P下所获得的m值也基本相等,与加载P/P值无关.

关键词： ZnAl4合金微精密铸造微构件蠕变速率敏感指数纳米压痕

纳米压痕法确定TSV-Cu的应力-应变关系

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金属学报 2014年第6期50卷 722-726页

作者：秦飞项敏武伟北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124

为得到硅通孔电镀填充铜(TSV-Cu)的力学性能,对TSV-Cu进行了Berkovich纳米压痕实验.基于Oliver-Pharr算法和连续刚度法确定TSV-Cu的弹性模量和硬度分别为155.47 GPa和2.47 GPa;采用有限元数值模拟对纳米压痕加载过程进行反演分析,通过... 详细信息

为得到硅通孔电镀填充铜(TSV-Cu)的力学性能,对TSV-Cu进行了Berkovich纳米压痕实验.基于Oliver-Pharr算法和连续刚度法确定TSV-Cu的弹性模量和硬度分别为155.47 GPa和2.47 GPa;采用有限元数值模拟对纳米压痕加载过程进行反演分析,通过对比最大模拟载荷与最大实验载荷,确定TSV-Cu的特征应力和特征应变;由量纲函数确定的应变强化指数为0.4892;将上述实验结果代入幂强化模型中,确定TSV-Cu的屈服强度为47.91 MPa.最终确定了TSV-Cu的幂函数型弹塑性应力-应变关系.

关键词：硅通孔电镀填充铜纳米压痕弹性模量屈服强度应变强化指数