冷却速率对液态金属Zn快速凝固过程中微观结构的影响

用分子动力学模拟方法研究了六种不同冷却速率对液态金属Zn凝固过程微观结构的影响.采用双体分布函数g(r)曲线、平均原子总能量、Honeycutt-Andersen(HA)键型指数法和原子团类型指数法(CTIM-2)对凝固过程中微观结构的变化进行了分析.结果表明,冷却速率对微观结构的转变有决定性影响,当冷却速率为1×1014、5×1013、2×1013、1×1013、5×1012K·s-1时,系统形成以1551、1541、1431键型为主体的非晶态结构;当冷却速率为1×1012K·s-1时,系统形成以1421、1422键型为主或以密排六方(hcp)基本原子团(1200066)和面心立方(fcc)基本原子团(12000120)共存的部分晶态结构.同时发现,在形成非晶的五个系统中,玻璃化转变温度Tg随着冷速的降低而降低.

液态Ca_7Mg_3合金快速凝固过程中团簇结构的形成特性

采用分子动力学方法对液态Ca7Mg3合金凝固过程中团簇结构的形成特性进行了模拟研究.采用双体分布函数、Honeycutt-Andersen(HA)键型指数法、原子团类型指数法(CTIM)以及遗传跟踪等方法对凝固过程中团簇结构的形成演变特性进行了分析.结果表明:在以冷速为1×1012K·s-1的快速凝固条件下,系统形成以1551、1541、1431键型为主的非晶态结构;二十面体基本原子团(120120)在快速凝固过程中对非晶态结构的形成起决定性作用;在合金凝固过程中,团簇的稳定性不仅与构成团簇的基本原子团类型有关,还与中心原子类型以及中心原子之间的连接方式有关.由于(120120)基本原子团能量较低并且在低温具有较好的遗传特性,基本原子团之间很容易连接在一起组成更大的团簇.所形成的团簇结构显著不同于那些由气相沉积、离子溅射等方法所获得的团簇结构.

熔体初始温度对液态Mg_7Zn_3合金凝固过程中微观结构非线性影响的模拟研究(英文)

采用分子动力学方法对不同熔体初始温度对液态Mg-Zn合金凝固过程中微观结构演变的非线性影响进行了模拟研究,并采用多种方法对微观结构的转变机制进行了分析。结果发现:系统在不同熔体初始温度下以同一冷速1×10^(12) K/s凝固时,均形成非晶态结构,其中1551、1541和1431键型或二十面体基本原子团(12 0 12 0)对凝固微结构的转变起决定性作用;不同熔体初始温度对凝固微结构有显著不同影响,但这种影响只有在玻璃化转变温度T_g以下才能充分地展现出来,非常有意义的是,发现其影响程度的大小是与熔体初始温度的高低呈非线性变化关系,且在一定的范围内涨落。然而,系统的平均原子能量的变化却是与熔体初始温度成线性关系的,即熔体的初始温度越高,形成的非晶态结构越稳定,即非晶形成能力越强。

Zn-Mg合金的结构分析和Zn-Mg扩散体系的物相分布

分子动力学(MD)模拟常采用径向分布函数(RDF)、Honeycutt-Anderson(HA)键型指数法、原子团类型指数法(CTIM)表征物相的微观结构.本文依据CTIM理论,对CTIM进一步发展,使CTIM不仅能够表征bcc\fcc\hcp\非晶体,也能表征其它晶系的晶体结构.本文采用CTIM完成Zn-Mg合金标准晶体的结构表征和Zn-Mg扩散体系物相分布的分析.结果表明:合金组元的CTIM指数不仅反映了Mg21Zn25、MgZn2、Mg2Zn11晶体结构的差异,也说明了Mg4Zn7、MgZn2晶体结构十分相近.Zn-Mg扩散体系两步法模拟后,体系两端交替分布着hcp与fcc结构;体系中部形成大量的非晶体;Zn原子端交替分布着hcp与fcc结构的界面区域主要是Zn12-C类原子.

连续升温、降温过程中纯Fe的微观结构分析

通过分子动力学模拟,采用较先进的键型指数法HA及原子团类型指数法CTIM-2,对Fe连续升温、降温过程中微观结构进行模拟研究。结果表明:连续升温过程,Fe的微观结构变化是bcc→fcc\hcp→bcc→液体;连续降温过程,Fe的微观结构变化是液体→fcc\hcp。Fe凝固结束没有形成大量的高温bcc晶体,原因是在高温液态中bcc结构原子稳定性较差,fcc和hcp结构原子更易稳定存在。此外,温度变化速率过快,可诱导晶体生长过程中发生层错,促使Fe在升温、降温过程出现fcc和hcp晶体的交替分层分布,这与fcc和hcp晶体的原子能量相近、晶体的致密度相同、原子空间堆垛方式局部相同有关。

冷速对液态Ti_3Al合金快速凝固过程中微观结构变化的影响

采用分子动力学方法模拟研究了不同冷速条件下液态Ti3Al合金的凝固过程。采用对相关函数法、原子团类型指数法(CTIM)对凝固过程中团簇结构的变化进行了分析。结果表明:在以1×1012K/s,1×1013K/s,1×1014K/s三种不同冷速条件下,系统都形成了以(12 0 12 0)基本原子团为主的非晶态结构,冷速对于Ti3Al合金凝固过程微观结构的影响主要是通过(12 0 12 0)基本原子团数目变化体现出来,(12 0 12 0)基本原子团在Ti3Al合金快速凝固过程团簇结构演变中起了主要作用。冷速越低,Ti3Al合金的玻璃态转化温度越低,体统形成的(12 0 12 0)基本原子团数目越多,非晶体的结构越稳定。

冷速对液态金属Na凝固过程中微观结构影响的模拟研究

采用分子动力学方法对液态金属Na在四种不同冷速下的快速凝固过程进行了模拟跟踪研究.采用双体分布函数g(r)曲线、Honeycutt_Andersen键型指数法和原子团类型指数法对凝固过程中微观结构的变化进行了分析.结果表明冷却速率对微结构的转变有决定性影响,当冷速为1.0×1014和1.0×1013K/s时,系统形成以1551和1541键型或以缺陷多面体基本原子团(131102)和二十面体基本原子团(120120)为主体的非晶态结构;当冷速为1.0×1012和1.0×1011K/s时,系统则形成以1441和1661键型或以体心立方基本原子团(14608)为主体的晶态结构.同时发现不同冷速对液态金属Na在液态和过冷态时微观结构的影响甚小;但不同冷速对其固态(非晶态利晶态)时的微观结构有显著的影响,且要在液-固转变点(分别在玻璃转变温度Tg和晶化起始温度Tc)附近或以后才能充分展现出来.根据这一特点,有可能建立另一种确定液态金属Tg和Tc的新方法.原子团类型指数法比键型指数法更有利于研究液态、非晶态等无序体系和一些晶化体系的具体结构特征.