偏析对纳米晶Cu-Ni合金力学性能的影响研究

• 作者: 李昕雨 李龙飞 张忠林 周剑秋
• 来源期刊: 电焊机
• 学科: 其他
• 关键词: Cu-Ni合金;分子模拟;纳米晶材料;偏析
• 年，卷（期）: 2025,（1）
• 页码范围: 35-42
• 页数: 8页
• 语种: 中文

摘要

在经典的Hall-Petch关系中，多晶金属的强度通常随晶粒尺寸的减小而提高。然而，当晶粒尺寸极小时（通常小于10～20 nm），强度却降低（发生软化），此时Hall-Petch关系失效。Hall-Petch效应的失效表明，纳米晶粒金属的强化不仅受尺寸的影响，还受晶界（GB）稳定性的影响。本研究使用LAMMPS构建了Cu-Ni纳米晶模型，采用混合蒙特卡洛/分子动力学（MC/MD）的手段对纳米晶Cu-Ni合金的晶界偏析的不同情况进行了分子模拟。研究发现，晶界偏析的存在会抑制晶粒软化，晶粒尺寸效应不再主导纳米材料的力学性能（逆Hall-Petch效应），溶质偏析也不再对纳米级别的合金有明显的强化作用。在综合分析了晶界能量和位错后，可得出结论：通过抑制固溶体的形成，促进晶界偏析，同时优化溶质原子的浓度，将获得理想的最大强度模型。当纳米晶粒金属的均匀偏析度为约0.9时，该材料获得最强的力学性能。通过分子动力学模拟，从位错结合GB能的角度对偏析进行了全方位的深入研究。