简单金属及二元合金的熔化与快冷过程分子动力学模拟

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计算模拟了四种简单面心立方金属(Pd、Ni、Cu、Ag)的熔化和快冷过程,计算了四种金属的表面能,并与实验值进行了对比。对几种面心立方金属的点缺陷问题进行了模拟研究,结果表明:EAM势可以有效的模拟Pd、Ni、Cu、Ag四种金属的熔化和快冷过程。模拟得到在5×1013K/s冷速下四种金属发生结晶;在1×1014K/s冷速下四中金属形成非晶。模拟分析了在不同冷却过程中四种金属的微观结构的演化规律。利用镶嵌原子势计算了四种金属的表面能和点缺陷的基本参数,与实验值符合得很好。 研究了金属Fe及Co在两种冷速(1×1012K/s、2.5×1012K/s)下的非晶形成能力及结构的演化。在金属Co的快冷过程中得到了一种前人模拟中未被发现的键对1311键对,并且数量很多。其它的模拟结果表明:采用的EAM势可以有效的模拟这两种金属在快冷过程中的非晶形成及结晶。在2.5×1012K/s冷速下金属Fe可形成非晶;在冷速1×1012K/s下金属Co可形成非晶。金属Co较Fe有较强的非晶形成能力。在2.5×1012K/s的冷速下,Fe的非晶形成温度为991K,较金属Co(1125K)的非晶形成温度低。在1×1012K/s的冷速下,Co的非晶形成温度为1104K。金属Fe的开始结晶温度约为1200K。模拟值与实验值是一致的。 本文为首次利用镶嵌原子势(EAM)模拟研究Pd-Ni合金的熔化和快冷过程,并且得到了令人满意的结果。论文中详细介绍了单元素镶嵌原子势向二元镶嵌原子势转变的过程,并介绍了二元镶嵌原子势中各个参数的拟合方法。结果表明:EAM势及本次模拟中采用的参数可以有效地模拟PdNi3合金和Pd3Ni合金的熔化、结晶及玻璃转变过程。对比PdNi3和Pd3Ni合金的模拟研究结果我们发现Pd3Ni合金的非晶形成能力强于PdNi3合金。形成PdNi3非晶的临界冷却速度约为6×1011K/s.;形成Pd3Ni非晶的临界冷却速度约为2×1011K/s。冷却速度对非晶转变温度有影响,但影响微弱。对PdNi3合金的结构模拟揭示了不同冷速下该合金的结构演化规律。 模拟研究了两种成分Cu-Ag合金的熔化和凝固过程,计算结果表明:二元Cu-Ag合金的非晶形成能力强于纯金属Cu、Ag。共晶成分Cu4Ag6的非晶形成能力强于Cu5Ag5合金,Cu4Ag6合金形成非晶需要5×1013K/s的冷却速率。Cu5Ag5合金形成非晶需要的冷却速率为9×1013K/s。模拟得到了两种Cu-Ag合金的非晶形成温度,和不同冷速下的结晶温度。并且有结晶温度依赖于冷却速度,冷却速度高结晶温度低,冷却速度低结晶温度高。
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