Cu-Al双金属轧制复合过程的原子模拟(3)
扩散焊是指压力和温度不变的情况下，使得待焊材料的表面互相接触，再通过材料微观结构的变形或者由于接触面液相的产生等使得其接触面积进一步扩大，然后等充分物理接触后再通过材料间原子的相互扩散来实现可靠连接的一种焊接方式。其原理可分为共晶反应扩散焊、瞬间液相扩散焊和超塑性成型扩散焊三种。扩散焊是压力焊的一种变形，与常规的压力焊接方式（爆炸焊、超声波焊、冷压焊）相比，其相同点在于在焊接过程中都需要给予一定的压力，其区别在于压力强度、温度的大小及所需要的时间不同。与传统焊接方法相比，其主要优势在于精度高，可操作性强，残余应力小及可以焊接其他方法难以焊接的材料。影响扩散焊的参数主要有压力、温度、时间、表面状态等，这些参数之间彼此影响、彼此制约，在选择这些参数时需要全面的考虑。
轧制复合法是一种主要用于加工金属板、复合板及多功能钢板的一种成形工艺，是当前复合板材生产的重要方法。轧制(轧合)过程中，各组元金属在轧机上受到轧制压力，在一定的温度下产生塑性变形，并使接触面两边的金属互相扩散，产生冶金结合，从而把双金属材料复合在一起的工艺。该过程的工艺参数优化等可以通过实验来完成，此方法具有工艺简单、性能稳定、成本低等优点。
1.2 分子动力学(MD)中关于界面扩散的研究进展
分子动力学方法用于模拟计算的最大优势在于它不受实际实验条件的约束，且可以清晰的呈现原子尺度上粒子的运动轨迹，观察其在运动中的各种微观表现。，而轧制复合法具有工艺简单、成本低、且加工的材料性能稳定的优点，借助计算机模拟可以从原子尺度上模拟这一过程，从而更加直观地演示其变形和扩散过程中材料结构的变化和原子运动的行为，因此国内外有许多学者将MD方法用于双金属轧制复合过程的模拟研究。而在轧制复合过程中，界面原子的相互扩散规律、界面层厚度变化规律等界面扩散问题是其研究的关键所在，所以研究轧制复合需要对界面扩散问题的进展做简单介绍。
在国外方面，S.D. Chen等[4]对Cu-Ag中扩散接合的分子动力学模拟表明，界面区域的厚度取决于应力；界面区域在扩散接合过程中是无定形的，并且当结构物冷却到室温时，它通常会从非晶态转变成的晶体结构。Christian M. Ulrich等[5]对Al-Au扩散结合对进行了动力学的研究。其结果表明，结合对的中间产物中，Al2Au是最稳定的且具有最低的形成焓，而a-AlAu2比b-AlAu2更稳定；Lee等人[6]利用分子动力学方法研究了 Al/Ni(001)界面的性质,其结果表明:在高温区时只有有Ni(001)的原子发生了混合，其厚度取决于吸附原子的沉积速度，当温度在700K以下时,A1原子在Ni(00l)面上的横向运动距离取决于沉积速率。
国内对于这方面的研究相对较迟，Chen等[7]通过对温度和表面粗糙度对Cu/Al扩散焊影响的原子尺度研究表明，温度在接合过程中起着非常重要的作用，界面层的厚度与温度有关，高温产生更大的厚度。郭亚杰，刘桂武等[8]对Cu和Al箔扩散结合界面相生长行为进行了研究，其结论为Cu/Al界面的变化过程主可分为物理接触、IMCs形核、IMCs相连和反应层连续增厚4个阶段；孙继鑫等[9]基于分子动力学的纳米铜-镍扩散焊模拟的研究，其结果显示，在升高的温度、所加的压力及退火处理的条件相同的情况下，保温的时间越长，界面层的厚度越大。
1.3本文的研究内容及意义
正如前文所述，Cu、Al金属材料在工业生产中占有着重要的地位，而Cu-Al复合材料具备此两者的各项优异性能，因此在诸多领域有着宽阔的前景。而Cu-Al接头的复合轧制问题是其关键所在，目前在原子尺度对此研究的很少，因此Cu-Al双金属轧制复合过程的原子方面的研究具有重要的意义。本文即运用分子动力学方法，结合角度关联（ADP）势函数对Cu-Al轧制复合过程进行原子模拟。分别对系统进行压缩和拉伸处理，研究其过程中材料内部原子运动的细节，及材料中的应力变化和结构畸变等行为，给出原子级别上的材料塑性变形和原子扩散的直观图景，从而对此过程有更加深入的了解。