参考文献 26

1  绪论 

1.1 引言

Al 及其合金具有密度低、塑性好、比强度高、优良的耐腐蚀性、良好的切削加工 性能、导电性和导热性等，因此已经成为重要的结构材料。

自从 100 年前，纯 Al 的制造不在是难题以后，Cu 就是各种 Al 合金常用元素， 从而形成 Al-Cu 合金。它又被称为硬铝合金，其中 Cu 元素含量为 3%-6%（重量百分 比），Cu 元素的加入可以使合金产生时效强化，大大克服纯铝强度低的缺点[1]。

Al-Cu 合金如今应用广泛，在实际应用中，按照加入元素种类不同，可以分为如下几 类:铝-铜-锰系、铝-铜-锂系和铝-铜-镁系[2]。铝-铜-锰系的合金牌号有 2219 和 25193 等

[3]。由于它们在室温情况下具有高强度、良好的高温、超低温性能、焊接性能和加工论文网

工艺性能，因此它们被广泛应用于航空、航天及其它民用工业领域[4]。在航空工业， Al-Cu 合金主要用于飞机蒙皮、隔框、长梁和桁条等部件的加工制造；在航天工业， Al-Cu 合金是运载火箭和宇宙飞行器结构部件的重要结构部分;在民用工业，Al-Cu 合 金广泛应用于板材、型材、锻件、线材、棒材、管材、等的制造上[5]。

虽然 Al-Cu 合金应用广泛，但其内部刃位错与纳米团簇之间相互作用机理并不是 很清晰。本课题主要运用分子动力学方法来模拟位错通过纳米团簇时的变化。

1.2  Al-Cu 合金强化机理 

1.2.1  位错与障碍物之间相互作用

1.2.1.1  位错及其运动

位错是指晶体材料中一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列，又可以称为 差排。从几何角度看，位错是一种线缺陷，可以看成晶体中以滑移部分与未滑移部分 之间的分界线。位错可以分为刃位错、螺位错以及混合位错三种形式[6]。

当位错受到外力影响且其上的有效应力达到一定临界值时，位错就会发生运动。 位错会受到滑移力和攀移力的作用，这两种现象分别称为位错滑移和位错攀移[7]。

1.2.1.2  刃位错滑移

在刃位错滑移过程中，其运动方向始终与柏氏矢量平行，与位错线垂直，因为刃 位错的滑移面是由柏氏矢量与位错线构成的平面，所以刃位错的滑移仅限于在单一滑 移面上滑移。滑移过程如图 1.1 所示[8]：

图 1.1 刃位错滑移过程[8]

(a)原始状态 (b)、(c)位错滑移中间阶段 (d)位错滑移出晶体表面并形成台阶

1.2.1.3 螺位错滑移

对于螺型位错，由于位错线与柏氏矢量平行，所以它不像刃型位错具有确定的滑 移面，而是通过在位错线上任意原子平面上滑移实现，因此螺位错滑移面是不确定的， 晶体因螺型位错而产生的滑移过程如图 1.2 所示[8]：

图 1.2 螺位错滑移过程[8]

(a)原始状态 (b)、(c) 位错滑移中间阶段 (d)位错移出晶体表面并形成台阶

1.2.1.4 位错攀移

位错攀移是指由于刃位错在晶体内沿着垂直于滑移面的方向运动而形成的一种 扩散过程，即借助于质点或空位的一种扩散或运动。刃型位错向上或向下攀移一定的 原子间距，对应于正攀移和负攀移，如图 1.3 所示。由于位错攀移的特殊性，只有刃 位错才会攀移。