Al-Cu合金中Al2Cu_Al界面特性的分子动力学研究

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1、硕士学位论文Al-Cu合金中Al2Cu/Al界面特性的分子动力学研究MOLECULARDYNAMICSSTUDYOFAl2Cu/AlINTERFACEINAl-CuALLOYS陈林哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM912.9学校代码：10213国际图书分类号：544.6密级：公开学术硕士学位论文Al-Cu合金中Al2Cu/Al界面特性的分子动力学研究MOLECULARDYNAMICSSTUDYOFAl2Cu/AlINTERFACEINAl-CuALLOYS硕士研究生：陈林导师：刘向力副教授申请学位：工学

2、硕士学科：材料加工工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM912.9U.D.C:544.6AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheprofessionaldegreeofMasterofEngineeringMOLECULARDYNAMICSSTUDYOFAl2Cu/AlINTERFACEINAl-CuALLOYSCandidate：ChenLinSupe

3、rvisor：AssociateProf.LiuXiangliAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要由于纯铝强度低，在增加纯铝强度的需求推动下，研究工作者们一直致力于开发高强度

4、的铝合金材料。以铜为主要合金元素的高强度铝合金因其在航空航天和装甲建设中的应用而受到关注。依据沉淀硬化机制开发高强度和韧性的Al-Cu合金材料非常广泛。含金属间沉淀物的Al-Cu合金材料具有质量轻，密度比钢低四倍等特点，适用于高温下的结构应用。通过细化金属间化合物析出相的特征尺寸和分布，室温下Al-Cu合金材料的韧性和强度可以得到显着提高。借助添加合金的快速凝固或严重的塑性变形（SeverePlasticDeformation）技术，可以实现高体积分数的薄金属间强化相。然而，SPD技术常常导致金属间相的不稳定，例如非

5、平衡固溶体的形成，金属间相中的无序化或非晶化。了解界面结构及其在力学行为中对位错形核的影响等对于开发和推进铝基结构合金在工业中的应用至关重要。本文详细研究了板状Al2Cu与Al基体的界面结构，其界面结构决定了Al-Cu合金在高温下的结构应用。分子动力学模拟证明界面位错结构对Al2Cu/Al异质结构终止界面的强烈依赖性。不同的界面终止结构表现出不同的近邻排列，导致界面上的结构变化，最终决定位错结构。在Al2Cu（110）平面的四个可能的终止结构中，其中两个在Al2Cu/Al异质界面处稳定，并且具有不同伯氏矢量的位错网络

6、表征了这两个界面的特征。这些位错网络结构反过来影响异质界面处的整体机械响应。迄今为止，对于Al-Cu合金中界面结构和界面终端之间观察到的相关性尚未得到验证，该研究为微调具有强化性能的Al基合金材料提供了新的途径。本文进一步研究了对Al2Cu/Al界面的力学性能，包括剪切响应、单向拉伸响应、界面位错形核以及与与失配位错结点间隙吸收相关的界面演化。分子动力学模拟（MolecularDynamicsSimulation）结果表明，界面具有与界面失配位错的滑移相关的低剪切应力，并且晶格位错的成核主要受界面位错控制。当多个位错

7、在界面处聚集时，观察到塑性共同变形，有利于Al2Cu中的局部剪切。界面上的失配位错对空位缺陷有强烈影响。滑移系统、界面结构和性能以及塑性变形模式的知识是理解力学行为和开发高尺度材料建模工具的基本要素。产生与相对容易的位错攀移有关的空位可能提供Al2Cu的结构不稳定性的解释。关键词：Al-Cu合金；界面结构；位错；分子动力学模拟-I-AbstractAbstractPrecipitation-hardeningmechanismshavebeenwidelyappliedforthedevelopmentofhighs

8、trengthandductilemetal-basedalloys.Al-basedstructuralalloysthatcontainAl-basedintermetallicprecipitatesarepotentialcandidatesforstructuralapplicationsatambientandelevatedtem