Page 65 - 《摩擦学学报》2021年第5期

654 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

b6=1/6[2-1-1]
b8=1/6[12-1]
b3=1/6[11-2] b7=1/6[2-1-1]
b4=1/6[211] z z
b2=1/6[1-12]
b1=1/6[2-12] b5=1/6[-11-2]
x y x y
(a) h=1.25 nm (b) h=1.25 nm

z z
y y
x x
(c) h=2 nm (d) h=2 nm

z z
y y
x x
(e) h=3 nm (f) h=3 nm

Fig. 8 Micro-structure evolution for semi-coherent interface for Cu-Ni bilayer film (h=1.25, 2, 3 nm): (a,c,e) semi-coherent
interface of Cu based Ni film; (b,d,f) semi-coherent interface of Ni based Cu film
图 8 压痕的铜镍双层膜半共格界面微结构演化(压深h=1.25、2 和3 nm): (a,c,e) Cu基Ni膜半共格界面;
(b,d,f) Ni基Cu膜半共格界面

膜力学特性显著差异的机制展开深究，揭示出铜镍多
Ni
t B 层膜半共格界面结构与压痕诱导产生的位错间相互
r
Interface
作用规律. 纵观本文中所述论据，现归纳总结出以下
Cu 重要结论：
a. 在理论计算中，单晶Ni和单晶Cu受载荷作用，
晶体内发生不同程度的塑性变形，并出现一定程度

Fig. 9 Theoretical model of mirror force
HCP缺陷结构，该缺陷数目随压深增加而增多，且单
图 9 镜像力理论模型
晶镍在压痕中产生的塑性变形程度较单晶铜明显减
位错表现为负值，界面对位错具有吸引力，位错有利 弱，以致其硬度整体表现强于单晶Cu.
于从共格区域进入到Cu膜中. 在Ni基Cu膜中镜像力 b. 铜镍双层膜的半共格界面结构可改变材料力
F对Ni的位错表现为正值，界面对位错具有排斥作用， 学性质. 其中，Cu基表面镀Ni膜可使铜材料得到强化，
使位错在界面处堆积，很难进入到Ni基中. 可见，镜像 达到硬度与单晶Ni相当，而Ni基表面镀Cu膜可使该材

力公式可很好地解释本结果的微观现象，获得与潘金 料出现软化，其硬度远低于单晶镍，材料软化使得韧
生提出的理论公式一致的结论. 因此，界面结构的共 性增强，增强了材料抵抗变形能力和耐磨性.
格程度由多层膜上下晶体结构的失配程度所决定. 由 c. 分析了上层膜中受压痕载荷影响产生的位错
于Cu-Ni晶格失配度为2.7%，模型经充分弛豫只形成 与半共格界面上的失配位错网结构的相互作用力，
半共格界面结构，尚未对其他半共格失配度的界面结 Cu基Ni膜的强化作用归因于Cu基Ni膜界面上的失配
构进行讨论. 位错网对压痕位错起排斥作用，导致半共格界面的共

格区域增大，更有利于压痕位错穿过界面进入Cu基；
3 结论
而弱化作用来自于Ni基Cu膜界面上的失配位错网对
采用分子动力学法对半共格界面引起铜镍双层 位错的吸引，限定了压痕位错只在Cu层膜内运动，不