铝合金时效早期纳米结构演化的kinetic+monte+carlo模拟研究

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1、中膏大学磺士学位论文摘要本论文采用KineticMonteCarlo方法，借助于计算机模拟研究了几种典型的铝合金A1-Ag、Al-Zn-Mg、AI-Cu-Mg-Si时效早期纳米团簇的演变过程，并研究了微量元素对AI-Ag、AI-Zn-Mg合金时效早期纳米团簇演变的影响，进而探讨了其对时效后期相交过程的影响．得到了以下结论。l、从模拟结果上看，铝合金时效早期的演化方式丰富多样，而不同的演化方式往往与随后的形核长大过程密切相关：1)在二元～’4Ag合金中，时效早期的原子团簇演化过程主要是以溶质原子的显著ct呦ing过程为主；劲在

2、A1．3．5Zn、AI-2．5Mg二元合金中，早期的原子团簇演化过程并不十分明显，而在三元A1．3．5Zn-2．5Mg合金中，时效初期形成了短程有序的Zn／MgCo-Clusters，这与Mg原子的媒介催化(MediatedActivator)的作用有关；3)在四元的A1．1．8Cu-0．5Mg-0．4Si合金中，合金时效初期快速形成了明显的SiClusters、S价，aco-clusters以及少量Cu／Si、Cu／Mg／Si／Vacancy复合团簇结构。2、微合金化元素对铝合金时效过程的作用主要是通过微量元素与溶质原子、

3、微量元素与空位之间的相互作用来实现的。1)在AI-Ag合金中，h、sn、Be元素显著地抑制了合金时效初期的Ag原子的偏聚。其中In原予是通过在局部锬定离散的空位，降低空位的可动性；Sn、Be原予是通过捕获大量空位，一方面降低空位可动性，另一方面在动力学上也易造成空位坍塌而湮灭；2)Li、Zn元素对时效早期Ag原子的团聚影响较小，这与Li、zn原子与Ag原予和空位均无明显作用有关；3)在A1．3．5Zn-2．5Mg合金中，Ag、Cu的添加对Zn／Mg复合团簇结构的形成没有明显的影响，大部分Ag、Cu原子分布在Zn／Mg团簇的周

4、围；∞Be元素的添加抑制了Zn／Mg复合团簇结构的长大，形成了Zn／Mgme短程有序的Co-Clusters，这主要是由于Be原子与Zn、Mg以及空位之间都有着强烈的相互作用有关。3、团簇辅助形核理论是实现Clustering过程和随后时效析出过程之间跨越的理论框架，为我们理解时效早期的纳米团簇演变过程提供了思路。团簇辅中南大学硬士学位论文助形核主要是通过团簇结构降低新相形核的界面能和剪切应变能来实现的。由团簇辅助形核理论分析得出：1)在AI-Zn-Mg-(Cu、Ag)合金中，cu、Ag的机制是降低了AI-Zn-Mg合金中时

5、效析出相形核的界面能；∞在AI．．Cu-Mg-(Si)合金中，SiClusters的机制是Si原子团簇的快速形成促使了Cu、Mg原子向si团簇的富集，为0相的形成提供了适宜的形核点，同时降低了0相形核所需的能量壁垒，促进了形核。关键词：AI-Ag、AI-Zn-Mg、AI曲．Mg．Si、KineticMonteCarloMethod、时效早期、原子团簇、微量元素、团簇辅助形核、计算机模拟Ⅱ中南大学硬士学位论文Abstract西eKineticMonteCadoMethod,whichbasedOiltheMulti．State

6、sIsingModel，Wasappliedtosimulatethenano-structureevolutionofsomeAluminumalloysduringinitialageingstage．ByMonteCarlosimulation，wecoaldrawconclusionsasbelow：1．Fromthesimulationresults，wecans∞thattheevolutionofnanostructureduringtheearlystagesagingofAlAlloysismultifor

7、m,whichrelatingwi廿lthenucleation-growthprocess．1)IIlm—Agalloy,Agclustersformedgradllally．11leclusteringprocessobtainedfromthesimulation,isconsistentwiththeexperimentingontheGPzones；21neclusteringprocessin砧-3．5Znand越．2．5Mgalloysarenotacute．ThereareseldomlargeZnclust

8、ersandMgclusterinAI一3．5ZnandAl一2．5Mgalloysrespectively．Meanwhile，Znclusters，MgclustersandZn-MgSROstructurewithlargesizeappearsinAl·3．5Zn-2．5Mgall