液态金属镍凝固过程的分子动力学模拟研究

摘要

关于液态过渡金属的快速凝固过程，由于其外层电子的复杂性，一直是计算机模拟研究的热点和难点。目前虽已采用多种多样的势函数形式，但以EAM势函数在这方面的应用最为广泛，所以我们对原有采用非局域模型赝势的分子动力学模拟计算的程序进行改进，使之适用于采用EAM势函数。由于EAM势函数中的参数一般是由直接拟合系统的固态物理参数而得，为了使液态金属凝固过程的模拟研究得到更准确的计算结果，必须从势函数形式上反映出液态与固态之间的物理图像上的差别，必须对EAM势函数的具体形式进行适当改进。大量实验研究表明：液态金属凝固过程中，冷却速率对结构转变的快慢程度和最后结果有很重要的影响，但对其微观机理的研究还不够深入，这方面的文献也不是很多。基于上述构想，本文主要开展以下几个方面的工作： 1对以前所用源程序进行改进，采用改进后的EAM势函数来描述液态过渡金属系统中原子之间的相互作用，对液态过渡金属Ni快速凝固过程进行模拟计算，并和量子Sutton-Chen势进行比较，发现用改进后的EAM势函数能更准确地描述系统中原子间的相互作用。 2对液态金属Ni系统进行模拟研究时，重点考虑冷却速率对凝固过程中微观结构转变的快慢和最后形成的微观结构的影响。发现冷却速率对凝固微观结构的形成起着决定性的作用。当冷却速率在1.0×1016K·s-1到4.0×1013K·s-1之间时，系统的结构变化不大，都形成非晶态结构；而在4.0×1013K·s-1到3.5×1013K·s-1这个比较窄的速率区间时，系统却发生了根本性的结构转变，从非晶态结构变为以fcc和hcp二者共存的结构为主的部分晶体结构；而在3.5×1013K·s-1到1.0×1012K·s-1这个速率区间时，系统却发生了从以fcc和hcp二者共存的结构为主的部分晶体结构转变为仅以fcc结构占绝对优势的晶体结构了。 3发现系统微观结构随冷却速率的变化是非线性的，即在冷却速率很快的非晶形成区段，微观结构对冷却速率不是很敏感；而在很窄的过渡区段，微观结构的变化剧烈，从非晶结构变成晶体结构；在晶体形成区段，微观结构变化在各个冷却速率下的差别相对于非晶形成段还是很大，不过随着冷却速率的继续减慢，这种差别越来越小。这就给我们提供了一个非常重要的启示：只要我们适当调整液态金属Ni在凝固过程中的冷却速率，就完全有可能获得所需的具有某种优良性能的微观结构。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1结构模型

1.2计算机模拟

1.3本文构想

第2章对EAM势函数的改进和程序的调整

2.1势函数形式的改进

2.2具体参数的确定

2.3程序部分的调整

第3章液态金属Ni凝固过程的计算机模拟

3.1模拟计算的条件和方法

3.2模拟计算结果分析

3.3本章小结

第4章EAM和量子 Sutton-Chen势函数的比较

4.1 量子 Sutton-Chen势函数

4.2 量子 Sutton-Chen和EAM势函数的比较

4.3本章小结

结论

参考文献

致谢

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