بررسی اثر صفحات کریستالی و ابزار غیرصلب بر سختی نیکل در فرایند نانودندانه‌گذاری با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی

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 % 6.4 در تک کریستال نیکل افزایش داشت. از طرف دیگر بدلیل کاهش سطح تماس و افزایش نیرو، سختی تا % 3.6 در ابزار صلب نسبت به ابزار غیرصلب افزایش یافت.

Investigation of the Effect of Crystallographic Orientation and NonRigid Tool on Nickel Hardness in Nanoindentation Process using Molecular Dynamics Simulation

Nickel has great potential for engineering applications in the field of coating and exterior surface due to have good antiwear and anticorrosion properties with acceptable strength and ductility. In this study, molecular dynamics simulations of nanoindentation were performed using a single crystal of Nickel with the hemispherical shape of diamond tip. The substrate of workpiece and indenter was modelled using hybrid interatomic potentials including twobody and manybody potentials. Result of derived hardness in various indenter depths was validated with another research paper. At the atomic scale, the crystal structure has directional properties. When nanoindentation of one atomic layer is completed and it is the turn of the next layer, the mechanism of deformation, tip force and hardness can be changed. So in this paper, the effect of crystallography orientation was studied. According to the results, nickel at the crystalline surface (111) had the maximum hardness at depth of 1.5 nm. Also, simulations were conducted with rigid and nonrigid indenters to study the effect of tool deformation on derived hardness. The results show that due to the lack of change in the rigid shape of the tool, the tip force increased by 6.4% in nickel single crystal. Furthermore, due to the decrease of contact level and increase tip force, the hardness increased up to 3.6% in rigid tool compared with nonrigid indenter.