微/納金屬與半導體器件在工業(yè)4.0、智能制造、物聯(lián)網(wǎng)領域有前所未有的發(fā)展時機[1,2],而耐久性服役的微/納金屬器件是提高產(chǎn)品力學性能、表面精準和可控操作的關鍵[3] 為了滿足這些嚴苛的要求,提高材料的力學性能、表面超精密加工效率和質量尤為重要[4,6] 具有強塑性的單晶鎳,是研發(fā)鎳基高熵合金的基礎元料 單晶鎳可用于研發(fā)高強、高硬、耐磨、耐蝕、抗高溫軟化和耐超低溫的合金材料,可用于制造高溫航空發(fā)動機和航海遠洋戰(zhàn)利武器[7] 深入研究單晶鎳的微觀變形/去除行為及其機理,有助于加速其實用化進程 目前,研究微觀材料去除的方法,有實驗法、有限元法以及分子動力學法(簡稱MD) 用實驗方法無法得到材料微結構的動態(tài)演化信息,基于連續(xù)介質力學理論的有限元法也難以深入剖析接觸體內局部接觸區(qū)域的微觀變形特征,而分子動力學法可彌補這些不足 因此,分子動力學可用于研究納米尺度下接觸體微結構演變特征和微觀機制 作為金屬塑性變形的重要載體,位錯環(huán)的產(chǎn)生和演化是激發(fā)材料力學性能改變的內在信息[8,10] 對位錯環(huán)演化機理的深入認識,有助于指導材料性能的提高 Ryu等[8]研究了承受組合載荷的單晶銅微柱內位錯的產(chǎn)生和演化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)位錯微結構能顯著改變小尺寸微柱的機械和力學性能 Subin Lee等[9]對單晶Au受沖擊接觸載荷產(chǎn)生的位錯環(huán)演化進行了實驗和計算,發(fā)現(xiàn)位錯環(huán)演變與材料的微觀塑性有密切的相關性 借助分子動力學模擬,Xiang等[10]提出了AlN和GaN位錯環(huán)形成的套索狀機制和嵌套環(huán)機制 研究結果表明,兩種不同剪切環(huán)的螺段相鄰,其相互交叉形成棱柱型位錯環(huán) Jinshi等[11]對不同切削工況材料的去除進行了分子動力學模擬,揭示出單晶硅材料的去除是擠壓和剪切耦合作用的結果 Yue等[12]研究發(fā)現(xiàn),熔池壓力能誘導熔料去除,并且多晶銅放電能誘導產(chǎn)生更多的缺陷結構和變形層 Nguyen等[13]對比研究了碳化硅基體\二氧化硅膜表面的滑動和滾動磨削過程,并比較了滑動深度、滑動速度、軋制深度和軋制速度等外部因素使材料去除率差異化 Liu等[14]指出,在納米切削過程中在多晶硅表面極易產(chǎn)生非晶結構 Wang等[15]從位移、拋光力、相變等角度分析了孔隙對材料去除的影響,并研究了材料去除的機理 本文作者研究金屬粘著接觸特性時發(fā)現(xiàn),粘著是微機械裝置失效的主因,外圍輪廓越大粘著接觸失效越明顯[16,1