Existence state of Ti in diamond-like carbon coatings and its effects on hybrid structure and residual stress: Molecular dynamics simulations

材料科学 残余应力 涂层 类金刚石碳 分子动力学 无定形固体 钻石 无定形碳 复合材料 化学工程 结晶学 纳米技术 计算化学 薄膜 化学 工程类
作者
Jinhai Huang,Jihua Peng,Xiaoling Li
出处
期刊:Computational Materials Science [Elsevier]
卷期号:234: 112790-112790
标识
DOI:10.1016/j.commatsci.2024.112790
摘要

In this study, the modified embedded atom method potential function is selected via the LAMMPS platform and OVITO interface software to describe the interatomic interaction potential, which is used to simulate the existence states of doped Ti in Ti-doped diamond-like coatings as well as their effect on the hybrid structure, hardness, and residual stress of the coatings. The results indicate that Ti atoms preferentially combine with C atoms to form Ti–C bonds, thus rendering it difficult to form metallic Ti clusters. The formation of Ti-C bond clusters with high extent of ordering (nanoc-TiC) in the coating is related to the density (or sp3C fraction) of the coating; the higher the density, the higher is the critical content of Ti (CV-Ti) required to form nanoc-TiC. When the density of the coating ranges from 2.4 to 3.6 g/cm3, the CV-Ti is 2–6 at.%. When the Ti content in the coating is less than CV-Ti, Ti atoms existed only in amorphous Ti–C clusters, which is not conducive to the stability of the sp3C phase and significantly reduces the residual stress and hardness of the coating. When the CV-Ti is exceeded, nanoc-TiC formed and grew until the hybrid C–C bonds in the coating disappeared completely, thus increasing the residual stress of the coating.
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