熔体初始温度对液态金属Ni凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究.pdf

《熔体初始温度对液态金属Ni凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．16(2013)166101熔体初始温度对液态金属Ni凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究水邓阳)刘让苏)干周群益)刘海蓉2)梁永超)莫云飞)张海涛)田泽安)彭平2)1)(湖南大学物理与微电子科学学院，长沙410082)2)(湖南大学材料科学与工程学院，长沙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多体势，对熔体初始温度热历史条件对液态金属Ni快速凝固过程中微观结构演变的影响进行了分子动力学模拟研究．采用双体分布函数g(r)曲线、键型指数法、原子团类型指数法和三维可视化等分

2、析方法对凝固过程中微观结构的演变进行了分析．结果表明：熔体初始温度对凝固微结构有显著影响，但在液态和过冷态时的影响并不明显，只有在结晶转变温度瓦附近才开始充分显现出来．体系在1×10l2K／s的冷速下，最终均形成以1421和1422键型或面心立方(12000120)与六角密集(1200066)基本原子团为主的晶态结构．末态时，不同初始温度体系中的主要键型和团簇的数目有很大的变化范围，且与熔体初始温度的高低呈非线性变化关系．然而，体系能量随初始温度呈线性变化关系，初始温度越高，末态能量越低，其晶化程度越高．通过三维可视化分析进一步发现，在初始温度较高的体系中，同类团簇结构的原子出现明显的分

3、层聚集现象，随着初始温度的下降，这种分层现象将被弥散开去．可视化分析将更有助于对凝固过程中微观结构演变进行更为深入的研究．关键词：液态金属Ni，熔体初始温度，微观结构，分子动力学模拟PACS：61．20．Ja，61．25．Mv,64．70．一P，71．15．PdDOI：10．7498／aps．62．166101拟条件的不断改善，目前关于液态纯金属Ni的凝1引言固行为和微观结构的研究，已经取得了很大的进展．例如，Bokeloh等【1J采用实验和模拟相结合的手段金属材料的宏观性能是由其微观结构所决定考察了Ni从液态到晶态转变过程中的形核势垒，的，而金属材料由液态到固态转变过程中的凝固条结果表

4、明在实验和模拟中的成核均为均相成核，实件对其最终的微观结构形成有决定性的影响．由于验中测量到的自由能势垒和在模拟中得到的结果液态金属凝固过程时间短、温度高，目前在实验上也非常符合：Urratuia—Bafiuelos等【2】模拟研究了温还很难对其微观结构的转变进行直接观测，分子动度对液态Ni体系的局域序的影响，发现液态时体力学模拟则成为目前研究液态金属凝固过程中微系键型和团簇的种类和数目对温度的变化十分敏结构转变的一种重要手段．特别是运用三维可视化感，但二十面体序始终占据主要数量，只随温度变软件能直观清晰地给出体系在指定温度时的原子化而小幅波动；周国荣等_3_模拟研究了不同冷却结构组态，

5、可以帮助我们更好地认识金属凝固过程速度下的金属Ni纳米线的凝固行为，发现纳米线中原子团簇演变机理，同时还能提供一些以往传统的凝固起始于表面原子，并且随着冷却速度的降低，手段所不能得到的重要参数和信息．随着实验和模Ni纳米线的微观结构从非晶态过渡到多壳螺旋结国家自然科学基金(批准号：50831003，51071065，51102090)资助的课题．十通讯作者．E—mail：liurangsu@sina．com；rsliu@hnu．edu．cn④2013中国物理学会ChinesePhysicalSocietyt：／／wulixb．hy．ac．c礼166101．1物理学报ActaPhys．Si

6、n．Vo1．62，No．16(2013)166101构，并最终达到稳定的FCC结构．但这些研究工作采用双体分布函数、HA键型指数法、原子团类型都尚未涉及到熔体初始温度对液态金属Ni凝固过指数法和可视化等分析方法进行结构分析，从而测程中微观结构的影响．本文试图在既有研究工作的定各个温度下原子间的成键类型和成团类型，进一基础上[4-17】，采用分子动力学方法，对不同熔体初步分析不同初始温度热历史条件对凝固微结构演始温度热历史条件对液态金属Ni快速凝固过程中变的影响．微观结构演变的影响进行模拟研究，并采用双体分布函数、Honeycutt．Andersen(HA)键型指数法_l8_、3模拟结果与

7、分析原子团类型指数法(CTIM)[19—22]和三维可视化等分析方法，对凝固过程中微观结构的演变进行了比3．1双体分布函数分析较深入的分析研究．双体分布函数是描述凝聚态体系结构有序度2模拟计算的条件和方法的一种重要方法．由于体系中原子的双体分布函数g(r)曲线与x射线衍射实验所得的结构因子S(q)本文模拟研究了10000个液态金属Ni原子体互为Fourier变换，它已成为目前检验液态、非晶系，分别从六个不同的初始温度(2073，20