通过新型化学机械抛光技术制备的镍超合金原子级表面，其材料去除机制通过分子动力学模拟中的纳米划痕实验得到了阐明

《Materials Today Sustainability》：Atomic level surface of nickel superalloy induced by novel chemical mechanical polishing and its material removal mechanism elucidated by nanoscratching through molecular dynamics simulations

　　

Liguang Dong|Zhenyu Zhang|Feng Zhao|Zhibin Yu|Ying Li|Jun Wang|Wenhong Du|Cheng Tao|Xibing Zhang

摘要

镍（Ni）超合金具有硬度高、耐腐蚀和耐磨的特性。因此，实现其原子级表面处理面临挑战。为解决这一问题，我们在自制的抛光机上开发了一种新型化学机械抛光（CMP）工艺。该CMP浆料包含二氧化硅和氧化镨磨料、过氧化氢、谷氨酸以及碳酸钠。抛光后，表面粗糙度Sa为0.144纳米，材料去除速率为118.3纳米/分钟。据我们所知，这一粗糙度值是迄今为止所有报道中最低的。通过分子动力学（MD）模拟分析了材料去除机制。模拟结果显示，随着纳米划痕深度从5 ?增加到20 ?，表面粗糙度Sa从0.121纳米增加到0.272纳米。X射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱分析表明，镍超合金被过氧化氢氧化。被H⁺离子释放的金属离子被谷氨酸螯合，同时提出了相应的螯合反应方程式。谷氨酸通过氨基和羧基与金属离子发生螯合作用，导致N-H键的伸缩振动频率从3111厘米^-1变为3060厘米^-1，C=O键的对称伸缩频率从1683厘米^-1变为1641厘米^-1。我们的研究为利用CMP技术实现镍超合金的原子级表面处理提供了新的见解，并通过分子动力学模拟揭示了其材料去除机制。