镍基单晶高温合金凭借其优异的高温力学性能以及良好的抗氧化和抗热腐蚀性能,目前广泛应用于航天航空发动机的热端部件。大量实验研究已发现在载荷和温度作用下,镍基单晶高温合金相界面上会产生位错网,这种位错网结构对合金的高温力学性能起了关键作用。因此,研究镍基单晶合金界面位错网形成及演化对合金的力学性能具有重要的理论和实际应用意义,但绝大部分实验研究很难对镍基单晶位错网形成和演化过程进行实时观测,缺乏界面位错运动及位错网形成和演化机制及其演化过程的深入探讨。本文在原子尺度采用分子动力学方法对镍基单晶高温合金在不同温度和载荷作用下相界面位错网的形成和演化过程及相关力学性能进行研究,探讨了温度、加载应变率、取向等对界面位错网形貌、损伤演化特征及相关力学性能的影响。主要内容和结论包括:(1)建立了[001]取向镍基单晶高温合金三维立方结构单元的分子动力学模型,模拟了界面错配位错网的形成,分析了错配度大小和提高温度对界面位错网形貌及其演化的影响。模拟结果表明:[001]取向镍基合金通过分子动力学弛豫后,在界面产生由三角形和四边形组成的“十四面体马赛克结构”位错网。在不同错配度时,模型尺寸发生了改变,但位错网的形貌及演化过程并不受影响;且温度越高,模型产生的初始错配应力越大,位错网更容易发生变形损伤,当应力值超过位错启动的临界应力值,a/2[110]位错首先在γ相启动并沿γ/γ’相界面聚集。(2)模拟了[001]取向镍基单晶高温合金在载荷和温度共同作用下界面位错网的演化,并分析了加载应变率和温度对位错网演化及合金力学性能的影响。结果表明:界面位错网在拉伸过程中阻碍了 γ基体相中启动的位错进入到γ’沉淀相中,并通过吸收堆积在γ/γ’界面的位错不断强化自身,增强结构的稳定性。温度对合金的弹性模量有显著影响,并影响了合金位错网结构的完整性;而应变率的变化几乎不改变合金的弹性模量以及位错网演化方式,却改变了合金的屈服强度。另外,模拟还发现了合金表现出明显的拉压不对称性,合金的抗拉能力远大于其抗压能力。(3)考虑到合金取向对力学性能的影响,分别建立了[110]、[111]取向镍基单晶高温合金三维立方结构单元分子动力学模型,对比分析了不同取向合金界面位错网形貌以及力学性能的差异。结果表明:[110]取向位错网在XY面上呈现“井”字型结构,在XZ、YZ面上则为“卄”字型结构;[111]取向位错网构型分别为XY面的三角形位错结构,XZ面的四边形结构,以及YZ面的实心矩形结构。在界面位错网的演化过程中,三种不同取向的位错结构均趋向于四边形结构演化。另外,合金的弹性模量、屈服强度和抗拉强度均表现出明显的取向依赖性。