Deformation mechanisms and properties of nanocrystalline Al, Ni and Al80Ti15Ni5 alloy: a molecular dynamics study

Abstract

Os metais e ligas nanocristalinas apresentam propriedades promissoras para o uso em aplicações tecnológicas. No entanto, seu comportamento mecânico incomum mostra-se um verdadeiro desafio para ser compreendido. Estudos experimentais destes materiais são afetados pela complexidade e custo para se criar amostras livres de defeitos. Assim, as simulações de dinâmica molecular surgiram como uma importante ferramenta para avaliar, a nível atômico, os fenômenos responsáveis por tal comportamento. Nesta tese, três sistemas nanocristalinos (liga Al80Ti15Ni5, níquel puro e alumínio puro) foram estudados usando dinâmica molecular. O foco foi a análise do comportamento mecânico com atenção especial à relação inversa de HallPetch e aos mecanismos de deformação relacionados. Análise do arranjo atômico da liga ternária demonstrou o deslizamento e difusão do contorno de grão como os mecanismos de deformação dominantes. Além disso, mecanismos de deformação presentes em materiais amorfos parecem ser capazes de atuar em sistema nanocristalinos. Os resultados relacionados ao níquel nanocristalino demonstraram que as discordâncias parciais se mantêm ativas independentemente do tamanho de grão. No entanto, outros mecanismos de deformação, como rotação do grão e deslizamento do contorno de grão, ocorrem abaixo de um tamanho crítico de grão de circa 20 nm, causando a relação inversa de Hall-Petch. Ademais, um comportamento distinto foi encontrado para a sensibilidade à taxa de deformação, a qual diminui com a redução do tamanho de grão. Com relação ao alumínio nanocristalino, o fenômeno de fluência de Coble foi observado e nenhuma indicação de empilhamento de discordâncias foi evidenciada.