بررسی اثر صفحات کریستالی و ابزار غیرصلب بر سختی نیکل در فرایند نانودندانه‌گذاری با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی | ||
| مکانیک سازه ها و شاره ها | ||
| دوره 11، شماره 1، فروردین و اردیبهشت 1400، صفحه 213-226 اصل مقاله (1.24 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله مستقل | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22044/jsfm.2021.2151 | ||
| نویسندگان | ||
| نفیسه مهدیار1؛ سید وحید حسینی* 2 | ||
| 1دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران | ||
| 2استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران | ||
| چکیده | ||
| از آنجایی که نیکل خواص ضد سایش و خوردگی مناسب به همراه استحکام و شکل پذیری قابل قبول دارد، در سالیان اخیر کاربرد وسیعی به ویژه در زمینه سطوح خارجی و پوشش ها داشته است. در این مقاله فرایند نانو دندانه گذاری نیکل با استفاده از روش دینامیک مولکولی شبیه سازی شد. قطعه کار بصورت تک کریستال و ابزار بصورت نیمه کروی در نظر گرفته شد. در مدل ارائه شده، از تابع پتانسیل بین اتمی هیبرید استفاده شد که شامل توابع پتانسیل دو و چند اتمی می باشد. صحت نتایج سختی بر حسب جابجایی ابزار با نتایج موجود در دیگر پژوهش ها تعیین اعتبار شد. در مقیاس اتمی ساختارکریستالی دارای خواص جهتی می باشد. زمانی که نانو دندانه گذاری یک لایه اتمی به اتمام می رسد و نوبت به لایه ی بعدی می شود، مکانیزم تغییرشکل، نیروی ابزار و سختی قطعه می تواند تغییر کند که در این پژوهش مورد مطالعه قرار گرفت. بر اساس نتایج، بیشترین سختی مربوط به صفحه کریستالی (111) در عمق 1/5 نانومتر شد. از طرف دیگر، فرآیند شبیه‌سازی در دو حالت ابزار صلب و ابزار غیرصلب انجام گرفت تا اثر تغییرشکل ابزار بر فرآیند سختی مورد مطالعه قرار گیرد. بر اساس نتایج، بدلیل عدم تغییرشکل ابزار صلب نیروهای وارد بر ابزار به میزان % 4/6 در تک کریستال نیکل افزایش داشت. از طرف دیگر بدلیل کاهش سطح تماس و افزایش نیرو، سختی تا % 6/3 در ابزار صلب نسبت به ابزار غیرصلب افزایش یافت. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| نانو دندانه‌گذاری؛ شبیه‌سازی دینامیک مولکولی؛ تک‌کریستال؛ جهت کریستالی؛ ابزار غیرصلب | ||
| مراجع | ||
|
[[1]] Zaoui A, Pineau A, François D (1991) Comportement mécanique des matériaux. Tome: Elasticité et Plasticité.
[2]Poon B, Rittel D, Ravichandran G (2008) An analysis of nanoindentation in linearly elastic solids. Int J Solids Struct 45(24): 6018-6033.
[3] Cardarelli F ( 2008) Materials handbook: a concise desktop reference. Springer Science & Business Media.
[4]Ziegenhain G, Hartmaier A, Urbassek HM (2009) Pair vs many-body potentials: Influence on elastic and plastic behavior in nanoindentation of fcc metals. J Mech Phys Solids 57(9): 1514-1526.
[5]Fischer-Cripps AC (2004) Contact mechanics In Nanoindentation. springer New York NY.
[6]Fischer-Cripps AC, Gloyna EF, and Hart WH (2000) Introduction to contact mechanics. Springer New York.
[7] Rezaei M, Azimian A (2013) Investigation of structural properties of electrosmotic flow in a nanochannel by molecular dynamics simulation. Journal of Solid and Fluid Mechanics 2(4):77-91. (In Persian)
[8] Hosseini SV, Vahdati M (2012) Effect of tool geometry and cutting speed on heat generation in nanometric cutting of copper single crystal. Journal of New Materials 2(8):45-57. (In Persian)
[9] Fang TH, Weng CI, Chang JG (2003) Molecular dynamics analysis of temperature effects on nanoindentation measurement. Mat Sci Eng A-Struct 357(1-2): 7-12.
[[1]0] Peng P, Liao G, Shi T, Tang Z, Gao Y ( 2010) Molecular dynamic simulations of nanoindentation in aluminum thin film on silicon substrate. Appl Surf Sci 256(21): 6284-6290.
[[1]1] Cheong WCD, Zhang LC (2000) Molecular dynamics simulation of phase transformations in silicon monocrystals due to nano-indentation. Nanotechnology 11(3): 173.
[[1]2]Liu CL, Fang TH, Lin JF (2007) Atomistic simulations of hard and soft films under nanoindentation. Mat Sci Eng A-Struct 452: 135-141.
[[1]3] Yaghoobi M, Voyiadjis GZ (2014) Effect of boundary conditions on the MD simulation of nanoindentation. Comput Mater Sci 95:626-636.
[[1]4] Walsh P, Omeltchenko A, Kalia RK, Nakano A, Vashishta P, Saini S (2003) Nanoindentation of silicon nitride: A multimillion-atom molecular dynamics study. Appl Phys Lett 82(1): 118-120.
[[1]5] Chocyk D, Zientarski T (2018) Molecular dynamics simulation of Ni thin films on Cu and Au under nanoindentation. Vacuum 147: 24-30.
[[1]6] Lu C, Gao Y, Michal G, Huynh NN, Zhu HT, Tieu AK (2009) Atomistic simulation of nanoindentation of iron with different indenter shapes. P I Mech Eng J-J Eng 223(7): 977-984.
[[1]7] Fang TH, Chang WJ, Fan YC (2010) Molecular dynamics of nanoindentation with conical carbon indenters on graphite and diamond. Nano 5(04): 231-236.
[[1]8]Xu S, Wan Q, Sha Z, Liu Z (2015) Molecular dynamics simulations of nano-indentation and wear of the γTi-Al alloy. Comput Mater Sci 110: 247-253.
[[1]9] Goel S, Faisal NH, Luo X, Yan J, Agrawal A (2014) Nanoindentation of polysilicon and single crystal silicon: Molecular dynamics simulation and experimental validation. J Phys D Appl Phys 47(27): 275304.
[20] Nair AK, Cordill MJ, Farkas D, Gerberich WW (2009) Nanoindentation of thin films: Simulations and experiments. J Mater Res 24(3): 1135-1141.
[2[1]] Reddy KV, Pal S (2018) Analysis of deformation behaviour of Al–Ni–Co thin film coated aluminium during nano-indentation: a molecular dynamics study. Mol Simulat 44(17): 1393-1401.
[22] Xu C, Liu C, Wang H (2017) Incipient plasticity of diamond during nanoindentation. RSC Adv 7(57): 36093-36100.
[23]Yuan L, Xu Z, Shan D, Guo B (2012) Atomistic simulation of twin boundaries effect on nanoindentation of Ag (1 1 1) films. Appl Surf Sci 258(16): 6111-6115.
[24] Imran M, Hussain F, Rashid M, Ahmad SA (2012) Dynamic characteristics of nanoindentation in Ni: A molecular dynamics simulation study. Chin Phys B 21(11): 116201.
[25]Zhao H, Zhang P, Shi C, Liu C, Han L, Cheng H, Ren L (2014) Molecular dynamics simulation of the crystal orientation and temperature influences in the hardness on monocrystalline silicon. J Nanomater.
[26] Kim DE, Oh SI (2006) Atomistic simulation of structural phase transformations in monocrystalline silicon induced by nanoindentation. Nanotechnology 17(9): 2259.
[27] Lin YH, Chen TC, Yang PF, Jian SR, Lai YS (2007) Atomic-level simulations of nanoindentation-induced phase transformation in mono-crystalline silicon. Appl Surf Sci 254(5): 1415-1422.
[28]Hofer JA, Ruestes CJ, Bringa EM, Urbassek HM (2020) Effect of subsurface voids on the nanoindentation of Fe crystals Model Simul Mater Sci Eng 28(2): 025010.
[29] Oyinbo ST, Jen TC (2020) A Molecular Dynamics Investigation of the Temperature Effect on the Mechanical Properties of Selected Thin Films for Hydrogen Separation. Membranes 10(9): 241.
[30]Reddy KV, Pal S (2018) Analysis of deformation behaviour of Al–Ni–Co thin film coated aluminium during nano-indentation: a molecular dynamics study. Mol Simulat 44(17): 1393-1401.
[3[1]] Hosseini SV, Vahdati M, Shokuhfar A (2011) Investigation of interatomic potential on chip formation mechanism in nanometric cutting using MD simulation. Defect Diffus Forum 983: 312-315.
[32]Foiles SM, Baskes MI, Daw MS (1986) Embedded-atom-method functions for the fcc metals Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, and their alloys. Phys Rev B 33(12): 7983.
[33]Daw MS, Baskes MI (1984) Embedded-atom method: Derivation and application to impurities, surfaces, and other defects in metals. Phys Rev B 29(12): 6443.
[34] Maekawa K, Itoh A (1995) Friction and tool wear in nano-scale machining—a molecular dynamics approach. Wear 188(1-2): 115-122
[35]Chang WY, Fang TH, Lin SJ, Huang JJ (2010) Nanoindentation response of nickel surface using molecular dynamics simulation. Mol Simulat 36(11): 815-822.
[36] Atomic LS and Simulator, MMP (2003) LAMMPS Users Manual.
[37]Pei QX, Lu C, Lee HP, Zhang YW (2009) Study of materials deformation in nanometric cutting by large-scale molecular dynamics simulations. Nanoscale Res Lett 4(5): 444.
[38] Blackman JA (2009) Handbook of Metal Physics: Metallic Nanoparticles. 1st editio.
[39] Kelchner CL, Plimpton SJ, Hamilton JC (1998) Dislocation nucleation and defect structure during surface indentation. Phys Rev B 58(17): 11085. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,351 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 926 |
||