Publicado

2014-07-01

Molecular dynamics simulation of nanoindentation in Cr, Al layers and Al/Cr bilayers, using a hard spherical nanoindenter

Simulación del proceso de nanoindentación con dinámica molecular en capas de Cr y Al y bicapas de Al/Cr, empleando un nanoindentador esférico

DOI:

https://doi.org/10.15446/dyna.v81n186.39190

Palabras clave:

Hardness, Interface, Morse potential, Nanoindentation, Young´s modulus (en)
Dureza, Interfase, Modulo de Young, Nanoindentación, Potencial de Morse (es)

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Autores/as

  • Sebastián Amaya-Roncancio Universidad Nacional de San Luis
  • Elisabeth Restrepo-Parra Universidad Nacional de Colombia - Sede Manizales
  • Diana Marcela Devia-Narvaez Universidad Tecnologica de Pereira
  • Diego Fernando Arias- Mateus Universidad Católica de Pereira
  • Mónica María Gómez-Hermida Universidad Católica de Pereira
Three-dimensional molecular dynamics (MD) simulations of a nanoindentation technique using the hard sphere method for Cr (bcc) and Al (fcc) thin films and (Cr/Al)n (n=1,2) systems were carried out. For the model implementation, Morse interatomic potential was used for describing the single crystal interaction and the contact between Cr and Al structures. On the other hand, fixed boundary conditions were used and the repulsive radial potential was employed for modeling the spherical tip, and ideal mechanical properties at 0 K were obtained by simulating load-unload curves. Bilayers presented higher hardness and Young's modulus than Cr and Al layers. Moreover, the region of atoms movement after the unload process shows a continuous parabolic boundary for Al and Cr layers and a discontinuous boundary for the bilayers caused by the interfaces.
En este trabajo se realizaron simulaciones empleando dinámica molecular tridimensional aplicada a la técnica de nanoindentación, usando el método de la esfera dura en películas de Cr (bcc), Al (fcc) y sistemas (Cr/Al)n (n=1,2). Se empleó un potencial interatómico de Morse con el fin de describir la interacción en cada cristal y el contacto entre las estructuras de Cr y Al. Se emplearon condiciones de frontera fijas  y un potencial radial repulsivo para modelar la punta esférica del indentador. Con estas condiciones se obtuvieron las propiedades mecánicas ideales a 0 K, simulando curvas de carga-descarga. Las bicapas presentaron dureza y módulo de Young altos, comparados con valores obtenidos en capas de Cr y Al. Además, la región de los átomos en movimiento después del proceso de descarga muestra un límite parabólico continuo en las capas de Al y Cr, y limites discontinuos en las bicapas, causados por las interfaces.

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