Comparación de diferentes modelos de dinámica molecular para describir contactos diamante-metal en la nanoescala
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Resumen
Estudiar y analizar los contactos mecánicos a muy baja escala es imprescindible para diseñar adecuadamente sistemas microelectromecánicos (MEMS) y nanoelectromecánicos (NEMS). Las diferentes estrategias empleadas para simular estos sistemas mecánicos en la nanoescala influyen directamente en los resultados obtenidos. En el contexto de las simulaciones mediante dinámica molecular de ensayos de nanoindentación en metales cúbicos centrados en las caras (FCC) comúnmente se emplean varias simplificaciones. Entre ellas se incluyen la suposición de que el penetrador es un sólido rígido, así como la exclusión de efectos adhesivos entre el penetrador y la muestra. Estas simplificaciones no sólo determinan los resultados obtenidos, sino que también condicionan la aplicabilidad de los modelos de contacto basados en la mecánica del continuo para describir y tratar los resultados.
En este estudio se han realizado simulaciones numéricas basadas en dinámica molecular de ensayos de indentación con punta de diamante en aluminio, oro, cobre y níquel. En los cálculos realizados se ha trabajado con cuatro modelos diferentes de indentador en contacto con muestras de metal FCC: un penetrador rígido sin adhesión, un penetrador rígido con adhesión, un penetrador deformable sin adhesión y un penetrador deformable con adhesión. En el trabajo se analiza la influencia de considerar o no la deformación del indentador de diamante, así como las diferencias obtenidas al considerar los efectos adhesivos entre la muestra y el penetrador. Para ello, se han obtenido las curvas fuerza-desplazamiento en el proceso de indentación y se han determinado las propiedades mecánicas. Además, en estas simulaciones propuestas también se ha determinado el radio de contacto durante el proceso de descarga, para compararlo con las predicciones de los modelos de contacto basados en la mecánica de medios continuos.
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