水と銅の間の物理化学的相互作用のトリプル効果、およびマイクロカッティングへの影響

伝統的に摩擦削減と熱散逸に起因する、水は材料の除去を促進する際に認識されています。しかし、水とワークピースの間の物理化学的相互作用はしばしば見落とされています。この作業は、水（H2O）と銅（CU）のワークピースの間に発生する物理化学的相互作用が、切断プロセス中の材料の変形にどのように影響するかに光を当てています。Reaxff分子動力学シミュレーションは、適用された媒体とワークピースの間の原子的物理的および化学的相互作用を研究するための主要な方法として採用されました。Cu表面と接触すると、H2OはOHイオン、H+イオン、およびO2イオンの痕跡に解離しました。OHおよびO2イオンはCuと化学的に反応して、伸長によってCu-Cu結合を弱める結合を形成し、H+イオンは電子を獲得し、HイオンとしてCu格子に拡散しました。表面Cu結合の弱体化により、プラスチックの変形が促進され、材料除去の難しさが減少しました。一方、H2O分子のさらなる添加により、加水分解におけるプラトーが見られ、Cu結合の伸長を弱めるCu上のH2O物理的吸着の支配が見られました。原子スケール材料除去の理想的なケースは、最適な240 H2O分子で見つかりましたが、より多くのH2O分子を備えた提示されたCu材料状態は、マイクロカッティングの観察を説明できます。表面層の物理的な吸着と水素イオン拡散の狭い性質により、表面を通る転位の伝播が防止され、その後、マイクロスケールの小さなチップ折りたたみ幅で観察されるように、チップ形成中にピン留めポイントが近づきました。理論的および実験的分析では、ミクロナノスケールでの材料の変形を検討する際に、表面媒体とワークピースの間の物理化学的相互作用を考慮することの重要性が特定されました。

Water has been recognized in promoting material removal, traditionally ascribed to friction reduction and thermal dissipation. However, the physicochemical interactions between water and the workpiece have often been overlooked. This work sheds light on how the physicochemical interactions that occur between water (H2O) and copper (Cu) workpiece influence material deformations during the cutting process. ReaxFF molecular dynamics simulations were employed as the primary method to study the atomistic physical and chemical interactions between the applied medium and the workpiece. Upon contact with the Cu surface, H2O dissociated into OH- ions, H+ ions, and traces of O2- ions. The OH- and O2- ions chemically reacted with Cu to form bonds that weakened the Cu-Cu bonds by elongation, while the H+ ions gained electrons and diffused into the Cu lattice as H- ions. The weakening of surface Cu bonds promoted plastic deformation and reduced the difficulty of material removal. Meanwhile, further addition of H2O molecules saw a plateau in hydrolysis and more dominance of H2O physical adsorption on Cu, which weakens the elongation of Cu-Cu bonds. While the ideal case for atomic-scale material removal was found with an optimal number of 240 H2O molecules, the presented Cu material state with more H2O molecules could account for the observations in microcutting. The constricted nature of physical adsorption and hydrogen ion diffusion in the surface layer prevented the propagation of dislocations through the surface, which subsequently caused pinning points to be closer together during chip formation as observed by smaller chip fold widths on the microscale. Theoretical and experimental analysis identified the importance of accounting for physicochemical interactions between surface media and the workpiece when considering material deformations at micronanoscale.