求助：实验所需分子动力学模拟寻求有偿合作

XavierYan

单晶铜电化学塑化的机理研究

——从原子尺度对位错构型重组及激活滑移系增多的诱因探究

前期实验：

1.本实验为单晶铜杆在电化学环境中从钨钢模具的拉拔，电化学对已拉出部分（drawn part）无影响，即已拉出部分没有浸入电解液。示意图如Fig.1和2前期已经对拉制过程中的压缩带不同变形量部分进行了EBSD、TEM等实验检测，发现电化学环境能够增加单晶铜杆塑性变形（冷拉拔）过程中的滑移系数量及改变位错构型。初步推断为表面反应促进了位错的流动及反应，从而促使了晶格膨胀，晶面间距增加，导致滑移系增加,塑性变形变得更易发生。但这一现象并未得到证实，遂想通过原子层面的微观模拟来描述整个拉拔的动态过程来解释这一现象。

Fig. 1 传统拉拔示意图

Fig. 2 电化学拉拔示意图

2.塑性变形行为与滑移系、位错行为息息相关。欲从模拟结果探究电化学环境下位错类型及运动方式的特殊之处（与无电化学环境的情况对比）。

3.电化学环境中的电流及腐蚀液，变形过程中的应力均与以上塑化现象相关，从模拟中判断出其中的作用机制：电化学环境是否增加了粒子（电荷）扩散、增加晶面间距、何种方式激活了更多滑移系、降低了位错运动的势垒（如何降低其运动的势垒），增加了位错湮灭反应，使其更易动（与无电化学环境的情况对比）。

预期内容：

电化学拉拔过程中在电场作用下，正电荷受到定向的力，从而促进了电化学腐蚀，电化学腐蚀产物的扩散改变表层滑移行为，进一步促进了单晶铜在塑性变形过程中位错流动、增加了滑移系，晶面间距也发生变化，促进了位错的分解、湮灭反应，导致变形组织均匀化。

欲了解到的现象：

1.电化学过程中离子扩散情况；

2.表面微观形貌是否会产生变化；

3.产生变化对塑性变形时位错行为的影响；

4.产生位错的组构、行为、反应、种类的统计和表现；

5.这个过程中的应力、应变分布变化。

前期调研后预计可能存在的问题及简化方法：

1.在分子动力学模拟中电化学的过程是以反应力场来实现的，而位错滑移等机械物理过程是以应力场实现的，若大尺度建模虽能对机械物理现象能够很好地表现，但不利于反应力场进行，会耗费大量机时人力。可以将建模尺度缩小至反应力场可以接受的原子数量尺度进行计算。

2.为了避免模拟过程中加入的元素种类过多，模具部分可以认为是不参与反应且刚性不动的限制体。

参考文献：

1.化学腐蚀环境下镍基合金Ni60Cr30Fe10在溶液中的成分扩散导致原子分布变化，即微观结构产生变化，从而应力分布发生变化，导致应力腐蚀开裂SCC发生。过程中揭示了镍基合金SCC过程中位错、孪晶的形成机理1。

2.原子尺度描述了不同取向的单晶纯铜冲击剥落过程中滑移系、孔洞及不同类型的位错、应力的演变情况。虽然其并非电化学环境冷拉拔情况，但研究主体为单晶铜的塑性变形。该文献对位错种类、滑移系的开动研究透彻2。

3.原子尺度描述了冷拉拔过程中位错、应力变化和分布情况3。

1 .   Liu, X., Kim, S.-Y., Lee, S. H. & Lee, B.Atomistic investigation on initiation of stress corrosion cracking ofpolycrystalline Ni60Cr30Fe10 alloys under high-temperature water by reactivemolecular dynamics simulation. Comput. Mater. Sci. 187, 110087 (2021).https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2020.110087.

2 .   Li,C., Yang, K., Gao, Y. H. & Wang, L. Dislocation-dominated void nucleationin shock-spalled single crystal copper: Mechanism and anisotropy. InternationalJournal of Plasticity. 155, 103331 (2022).https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2022.103331.

3 .   Saitoh,K.-i., Sameshima, Y. & Daira, S. Nano-scale modelling and simulation ofmetal wiredrawing by using molecular dynamics method. World Journal of NanoScience and Engineering. 4, 70 (2014). 10.4236/wjnse.2014.42010.