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《熔體初始溫度對液態(tài)金屬Ni凝固過程中微觀結構演變影響的模擬研究.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在應用文檔-天天文庫。
1、物理學報ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．16(2013)166101熔體初始溫度對液態(tài)金屬Ni凝固過程中微觀結構演變影響的模擬研究水鄧陽)劉讓蘇)干周群益)劉海蓉2)梁永超)莫云飛)張海濤)田澤安)彭平2)1)(湖南大學物理與微電子科學學院，長沙410082)2)(湖南大學材料科學與工程學院，長沙410082)(2013年3月18日收到；2013年4月28日收到修改稿)采用量子Sutton—Chen多體勢，對熔體初始溫度熱歷史條件對液態(tài)金屬Ni快速凝固過程中微觀結構演變的影響進行了分子動力學模擬研究．采用雙體分布函數(shù)g(r)曲線、鍵型指數(shù)法、原子團類型指數(shù)法和三維可視化等分
2、析方法對凝固過程中微觀結構的演變進行了分析．結果表明：熔體初始溫度對凝固微結構有顯著影響，但在液態(tài)和過冷態(tài)時的影響并不明顯，只有在結晶轉變溫度瓦附近才開始充分顯現(xiàn)出來．體系在1×10l2K／s的冷速下，最終均形成以1421和1422鍵型或面心立方(12000120)與六角密集(1200066)基本原子團為主的晶態(tài)結構．末態(tài)時，不同初始溫度體系中的主要鍵型和團簇的數(shù)目有很大的變化范圍，且與熔體初始溫度的高低呈非線性變化關系．然而，體系能量隨初始溫度呈線性變化關系，初始溫度越高，末態(tài)能量越低，其晶化程度越高．通過三維可視化分析進一步發(fā)現(xiàn)，在初始溫度較高的體系中，同類團簇結構的原子出現(xiàn)明顯的分
3、層聚集現(xiàn)象，隨著初始溫度的下降，這種分層現(xiàn)象將被彌散開去．可視化分析將更有助于對凝固過程中微觀結構演變進行更為深入的研究．關鍵詞：液態(tài)金屬Ni，熔體初始溫度，微觀結構，分子動力學模擬PACS：61．20．Ja，61．25．Mv,64．70．一P，71．15．PdDOI：10．7498／aps．62．166101擬條件的不斷改善，目前關于液態(tài)純金屬Ni的凝1引言固行為和微觀結構的研究，已經(jīng)取得了很大的進展．例如，Bokeloh等【1J采用實驗和模擬相結合的手段金屬材料的宏觀性能是由其微觀結構所決定考察了Ni從液態(tài)到晶態(tài)轉變過程中的形核勢壘，的，而金屬材料由液態(tài)到固態(tài)轉變過程中的凝固條結果表
4、明在實驗和模擬中的成核均為均相成核，實件對其最終的微觀結構形成有決定性的影響．由于驗中測量到的自由能勢壘和在模擬中得到的結果液態(tài)金屬凝固過程時間短、溫度高，目前在實驗上也非常符合：Urratuia—Bafiuelos等【2】模擬研究了溫還很難對其微觀結構的轉變進行直接觀測，分子動度對液態(tài)Ni體系的局域序的影響，發(fā)現(xiàn)液態(tài)時體力學模擬則成為目前研究液態(tài)金屬凝固過程中微系鍵型和團簇的種類和數(shù)目對溫度的變化十分敏結構轉變的一種重要手段．特別是運用三維可視化感，但二十面體序始終占據(jù)主要數(shù)量，只隨溫度變軟件能直觀清晰地給出體系在指定溫度時的原子化而小幅波動；周國榮等_3_模擬研究了不同冷卻結構組態(tài)，
5、可以幫助我們更好地認識金屬凝固過程速度下的金屬Ni納米線的凝固行為，發(fā)現(xiàn)納米線中原子團簇演變機理，同時還能提供一些以往傳統(tǒng)的凝固起始于表面原子，并且隨著冷卻速度的降低，手段所不能得到的重要參數(shù)和信息．隨著實驗和模Ni納米線的微觀結構從非晶態(tài)過渡到多殼螺旋結國家自然科學基金(批準號：50831003，51071065，51102090)資助的課題．十通訊作者．E—mail：liurangsu@sina．com；rsliu@hnu．edu．cn④2013中國物理學會ChinesePhysicalSocietyt：／／wulixb．hy．a(chǎn)c．c禮166101．1物理學報ActaPhys．Si
6、n．Vo1．62，No．16(2013)166101構，并最終達到穩(wěn)定的FCC結構．但這些研究工作采用雙體分布函數(shù)、HA鍵型指數(shù)法、原子團類型都尚未涉及到熔體初始溫度對液態(tài)金屬Ni凝固過指數(shù)法和可視化等分析方法進行結構分析，從而測程中微觀結構的影響．本文試圖在既有研究工作的定各個溫度下原子間的成鍵類型和成團類型，進一基礎上[4-17】，采用分子動力學方法，對不同熔體初步分析不同初始溫度熱歷史條件對凝固微結構演始溫度熱歷史條件對液態(tài)金屬Ni快速凝固過程中變的影響．微觀結構演變的影響進行模擬研究，并采用雙體分布函數(shù)、Honeycutt．Andersen(HA)鍵型指數(shù)法_l8_、3模擬結果與
7、分析原子團類型指數(shù)法(CTIM)[19—22]和三維可視化等分析方法，對凝固過程中微觀結構的演變進行了比3．1雙體分布函數(shù)分析較深入的分析研究．雙體分布函數(shù)是描述凝聚態(tài)體系結構有序度2模擬計算的條件和方法的一種重要方法．由于體系中原子的雙體分布函數(shù)g(r)曲線與x射線衍射實驗所得的結構因子S(q)本文模擬研究了10000個液態(tài)金屬Ni原子體互為Fourier變換，它已成為目前檢驗液態(tài)、非晶系，分別從六個不同的初始溫度(2073，20
