不同冷速对金属铜Cu凝固过程中微观团簇结构演变影响的模拟研究.pdf

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1、第31卷第3期原子与分子物理学报Vo1．31NO．32014年6月JOURNALOFAT0MICANDMOLECUIARPHYSICSJun．2014doi：103969／j．issn．1000—0364．2014．03．009不同冷速对金属铜Cu凝固过程中微观团簇结构演变影响的模拟研究易学华，卜寿亮，钟庆湖，陈书汉，陈泗凯(嘉应学院物理与光信息科技学院，梅州514015)摘要：采用分子动力学方法和QuantumSutton-Chen(Q-SC)多体势对由5万个液态金属铜(Cu)原子构成的系统在三个不同冷却速率下的凝固过程中微观团簇结构转变的影响进行了模拟研究

2、．运用双体分布函数、Honeycutt—Andersen(HA)键型指数法、原子团类型指数法(CTIM一2)和可视化分析等方法，对凝固过程中微观团簇结构的演变特性进行了分析研究．结果发现：由非晶体向晶体转变的临界速度约为1．0×10。K／s，在此冷速下系统形成非晶体和晶体以一定比例并存的混合结构；在冷速为1．0×l0“K／S冷却时系统形成以1551、1541、1532、1431键型为主的非晶体结构，非晶转化温度约为673K；在以4．0×10”K／S速度冷却时，系统从673K就开始结晶，并形成以1421和1422二种键型或由这二种键型构成的面心立方(FCC)(1

3、2000120)和六角立方(HCP)(1200066)基本原子团为主的晶体结构，尤其是由1421键型构成的面心立方(12000l2O)基本原子团在晶体生长和微观团簇结构形成过程中占主导地位．同时发现，冷速对金属Cu系统中的FCC结构和HCP结构的相对比例有显著的影响，冷速越低，FCC基本原子团以及由其构成的团簇结构越多．关键词：液态金属Cu；凝固过程；微观团簇结构演变；分子动力学模拟；Q—SC多体势中图分类号：0651文献标识码：A文章编号：1000—0364(2014)03—0398—09Simulationstudyoftheeffetsofvarious

4、coolingratesonevolutionpropertiesofmicro—clusterstructureduringsolidificationprocessesofliquidmetalCuYIXue—Hua，BUShou—Liang，ZHONGQing—Hu，CHENShu—Han，CHENSi—Kai(Schoolo±PhysicsandOpticalIn{ormationSciences，JlayingUniversity，Meizhou5l40l5，China)Abstract：Asimulationstudyhasbeenperforme

5、dontheeffectsofmicrostructra1transitionduringsolidi—ficationprocessof50000liquidmetalCuatomsatthreedifferentcoolingratesbyadoptingthemoleculardynamicsmethodandQuantumSutton—Chenmanybodypotentia1．Thepairdistributionfunctiong(r)cures，Thebond—typeindexmethodofHoneycutt—Andersen(HA)，the

6、cluster—typeindexmethod(CTIM一2)andvisualizationanaysishavebeenusedtoanalyseandstudytheevolutionpropertiesofmicro—clusterconfigurationsduringsolidificationprocesses．Itisfoundthatthecriticalcoolingrateisabout1．0×10。K／sfortransitionfromamorphousstructruetocrystalstructure，thecrystaland

7、amorphousmixedcoex—isteneestructuresareformedfinallyinthesystemwhenthecoolingrateis1．0×10”K／s．Atthecoolingrateof1．0×10“K／S，amorphousstructuresareformedmainlywiththe1551、1541、1532and143lbondtypes，andtheglasstransitiontemperatureTisabout673K．Atthecoolingrateof4．0×10K／s，The收稿日期：20l3—12

8、16基金项目：广东省自然科学基金($2