Page 58 - 《摩擦学学报》2021年第5期

第 41 卷 第 5 期 摩 擦 学 学 报 Vol 41 No 5
2021 年 9 月 Tribology Sept, 2021

DOI: 10.16078/j.tribology.2020126

半共格界面铜镍双层膜力学差异

机制纳观探析

1,2
3
3
3
梁桂强 , 邵 睿 , 姚 琳 , 霍嘉杰 , 陈晶晶 4,5*
(1. 大理大学 工程学院, 云南 大理 671000;
2. 北京领航科工教育科技有限公司, 北京 100084;
3. 中国核电工程有限公司, 北京 100000;
4. 宁德师范学院 信息与机电工程学院, 福建 宁德 352100;
5. 南京航空航天大学 航空学院, 江苏 南京 210016)

摘 要: 为深入了解纳米金属多层膜在沉积法交替制备中, 因晶格失配制备出不同半共格界面的金属多层膜受载诱
导的力学特性差异的机制，本文作者基于经典力学的分子动力学法，对半共格Cu基Ni膜和Ni基Cu膜两种界面结构
的力学性能展开探析，揭示出多层膜半共格界面失配位错网与压痕诱导产生可动位错的相互作用规律. 研究发现:
铜镍双层膜半共格界面结构可有效提升力学性能，归因于铜镍半共格界面受载产生的柏氏矢量Shockley分位错的
差异. Cu基Ni膜半共格界面上的失配位错网对压痕中产生的可动位错表现为排斥，有利于位错穿透半共格区域进
入铜基中，对外表现为强化作用；Ni基Cu膜半共格界面上的失配位错网对压痕中产生的可动位错表现为吸引，阻碍
位错穿透半共格区域进入镍基中，对外表现为软化作用，增强了材料抵抗变形的能力、耐磨性和韧性. 该性质差异
可用Koehler提出的两种不同材料模量间镜像力理论解释. 此研究结果对铜镍多层膜作为涂层应用于微机电系统、
海洋装备和航空航天等重大战略领域有着重要理论指导意义与借鉴价值.
关键词: 铜镍双层膜; 半共格界面; 纳米压痕; 分子动力学; 位错环
中图分类号: TH117.3 文献标志码: A 文章编号: 1004-0595(2021)05–0647–10

Mechanism Analysis of Mechanical Properties for Cu-Ni Bilayers
with Semi-Coherent Interface: A Molecular Simulation

1,2 3 3 3 4,5*
LIANG Guiqiang , SHAO Rui , YAO Lin , HUO Jiajie , CHEN Jingjing
(1. College of engineering, Dali university, Yunnan Dali 671000, China
2. Beijing Linghang Kegong Education Science and Technology Company, Beijing 100084, China
3. China Nuclear Power Engineering Co., Ltd., Beijing 100000, China
4. School of Information and Mechatronics Engineering, Ningde Normal University, Fujian Ningde 352100, China
5. College of Aerospace Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,
Jiangsu Nanjing 210016, China)
Abstract: Due to the influence of interface lattice mismatch, nano metal multilayers with different interface structures
can be prepared in the alternate deposition process. However, the difference of interface structure often has an extremely

Received 22 June 2020, revised 22 July 2020, accepted 24 July 2020, available online 28 September 2021.
*Corresponding author. E-mail: chenjingjingfzu@126.com, Tel: +86-15750843783.
This project was supported by the Key Research and Development Projects of Science and Technology from Xiangtan City (CG-
YB20191001), the Natural Science Foundation of Fujian Province (2017J01709, 2018J01509) , the Major Project of Ningde Normal
University (2017ZDK19) and the Fujian University Students at Innovation and Entrepreneurship Education Project ([2017] 52).
湘潭市科技重点研发项目(CG-YB20191001), 福建省自然科学基金项目(2017J01709, 2018J01509), 宁德师范学院重大科研培
育项目 (2017ZDK19)和2017年福建省互联网+大学生创新创业省级教育(闽教学[2017] 52号)资助.