بررسي اثر جنس قطعه در فرآيند نانو فروروندگي با استفاده از شبيه‌سازي ديناميك مولكولي

Investigation of the Effect of Substrate Material in Nano-indentation Process using Molecular Dynamics Simulation

نانو فروروندگي ابزاري ارزشمند براي تعيين خصوصيات مكانيكي لايه هاي نازك است. شبيه سازي ديناميك مولكولي يك روش موثر براي مطالعه ي آزمايش نانوفروروندگي است. در اين مقاله، به منظور بررسي سختي فلزات مختلف، فرآيند نانو فروروندگي روي سه قطعه كار با جنس هاي نيكل، مس و آلومينيوم به كمك شبيه سازي ديناميك مولكولي مطالعه ميشود. طبق منحني هاي نيرو-جابجايي، نيكل و آلومينيوم به ترتيب بيشترين و كمترين نيرو را به ابزار اعمال ميكنند. بر اساس منحني سختي-جابجايي بدست آمده براي سه قطعه، آلومينيوم كمترين و نيكل بيشترين سختي را دارند. منحني نيرو-جابجايي آلومينيوم و سختي-جابجايي نيكل با منحني نيرو-جابجايي آلومينيوم و سختي-جابجايي نيكل تحقيقات گذشتگان تعيين اعتبار شد. نتايج شبيه سازي تغيير فاز اتم ها نشان داد كه تغيير شكل در نيكل عمدتا به صورت پلاستيك و در آلومينيوم الاستيك-پلاستيك است. انباشتگي اتمي بعد از اتمام فرآيند روي سطح مس با نتايج تجربي و شبيه سازي المان محدودي تحقيق گذشتگان تعيين اعتبار شد. با شبيه سازي عيوب كريستالي در قطعات مشخص شد در عمق و بارگذاري يكسان، توزيع عيوب كريستالي در آلومينيوم علاوه بر ناحيه ي فروروندگي، در سطح قطعه و لايه هاي زيرين فرورفتگي هم وجود دارد در حالي پراكندگي عيوب در مس و نيكل كمتر است. حركت نابجايي ها بعنوان عامل اصلي ايجاد لغزش و تغيير شكل در قطعات بررسي شد.

Nano-indentation is a valuable method for determining the mechanical properties of thin films. In this paper, in order to investigate the hardness of different metals, the nano-indentation process on three workpieces with nickel, copper and aluminum is studied by simulating molecular dynamics. According to the force-displacement curves, nickel and aluminum apply the most and the least force to the indenter, respectively. Based on the hardness-displacement curve obtained for the three components, aluminum has the lowest and nickel the highest hardness. The force-displacement curve of aluminum and hardness-displacement curve of nickel was validated by the force-displacement curve of aluminum and hardness-displacement of nickel in the previous study. The results of atomic phase transfer simulation showed that the deformation in nickel is mainly plastic and in aluminum elastic-plastic. Atomic accumulation was validated after the completion of the process on the copper surface with experimental results and simulation of finite element research of the past. By simulating crystal defects in workpieces, it was found that at the same depth and load, the distribution of crystal defects in aluminum, in addition to the depression area, is also present in the surface of the part and the underlying layers, while the dispersion of defects in copper and nickel is less. Dislocation motion was investigated as the main cause of slipping and deformation in workpieces.