利用自组装单层1-(3-氨基丙基)硅氧烷作为扩散屏障层提高铜互连的可靠性：一项计算研究

《Materials Science in Semiconductor Processing》：Enhancing copper interconnect reliability with self-assembled monolayer 1-(3-Aminopropyl)silatrane as diffusion barrier layer: A computational study

本研究系统探究了工具旋转速度与移动速度对AFSD制备AA5083铝合金微观结构及力学性能的影响，通过实时监测热力参数揭示工艺参数调控位错活动、晶粒细化及强化机制的作用规律。高速低应变（800rpm/200mm/min）条件下实现296.7MPa抗拉强度，位错强化主导；低速高应变（600rpm/280mm/min）时晶粒细化至6.75μm，屈服强度提升至139.1MPa，通过位错与晶界协同强化实现性能优化。

　　

闫楠|雷石|肖一辰|阿希什·库马尔|张显坤|吴传松|高松|刘晓超

摘要

作为一种新型的固态增材制造（AM）工艺，添加摩擦搅拌沉积（AFSD）在利用轻质铝合金制造高完整性部件方面展现出巨大潜力。在本研究中，系统地探讨了工具旋转速度和行进速度对通过AFSD制造的AA5083合金微观结构演变和机械性能的协同影响。通过实时监测轴向力和主轴扭矩，实现了对热机械条件的原位评估，并将其与热输入、应变积累以及最终的拉伸性能进行了定量关联。这种方法揭示了耦合工艺参数如何调节AFSD制造铝合金中的位错活动、晶粒细化和强化行为。旋转速度的增加导致热输入升高，从而促进了动态恢复和晶粒粗化；相反，较高的行进速度降低了热输入，同时增加了塑性应变，有助于形成更细小的微观结构。在高热输入条件下（即工具旋转速度为800 rpm、行进速度为200 mm/min），沉积的AA5083合金的平均晶粒尺寸为8.47 μm，其极限抗拉强度（UTS）为296.7 MPa，屈服强度（YS）为137.2 MPa。值得注意的是，在这种条件下，位错积累是主要的强化机制。在较低热输入和较高应变条件下（即工具旋转速度为600 rpm、行进速度为280 mm/min），获得了更细小的晶粒（平均尺寸为6.75 μm），同时抗拉强度（UTS）为295.0 MPa，屈服强度（YS）略有提高（139.1 MPa）。这种YS的提高归因于位错强化和晶界强化的协同作用。这些结果证实，较低的热输入结合较高的应变率可以在不牺牲机械强度的情况下改善微观结构，从而为优化AlMg合金的AFSD工艺提供了可行的策略。本研究的结果加深了对AFSD制造合金的工艺-结构-性能关系的理解，并为开发适用于高性能结构应用的定制工艺参数集提供了支持。