冷却速率对液态Ni凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究

用分子动力学方法和EAM模型势对液态金属Ni原子系统在不同冷却速率下凝固过程中微观结构的演变进行了模拟研究.结果表明, 冷却速率对微结构演变有决定性影响, 当冷速为1.0×10¹⁴和 4.0×10¹³ K•s^-1时, 系统将形成以1551、1541和1431三种键型为主的非晶态结构. 当冷速为2.0×10¹³和 1.0×10¹² K•s^-1时, 系统将形成不同的晶态结构；前者形成以1421、1422二种键型为主的 fcc 与hcp结构共存的晶态结构；后者形成以1421键型为主的fcc 结构占绝对优势的晶态结构, 其结晶起始温度Tc分别为1073 K和1173 K.同时发现, 原子的平均配位数（最近邻数）对温度和冷速的变化相当敏感, 且其突变点正好与结晶转变温度Tc相对应, 这将为液态金属结晶转变过程的研究提供一条新途径.     

液态Ca7Mg3合金快速凝固过程中团簇结构的形成特性

采用分子动力学方法对液态Ca7Mg3合金凝固过程中团簇结构的形成特性进行了模拟研究. 采用双体分布函数、Honeycutt-Andersen(HA)键型指数法、原子团类型指数法(CTIM)以及遗传跟踪等方法对凝固过程中团簇结构的形成演变特性进行了分析. 结果表明: 在以冷速为1×1012 K·s-1 的快速凝固条件下, 系统形成以1551、1541、1431键型为主的非晶态结构; 二十面体基本原子团(12 0 12 0)在快速凝固过程中对非晶态结构的形成起决定性作用; 在合金凝固过程中, 团簇的稳定性不仅与构成团簇的基本原子团类型有关, 还与中心原子类型以及中心原子之间的连接方式有关. 由于(12 0 12 0)基本原子团能量较低并且在低温具有较好的遗传特性, 基本原子团之间很容易连接在一起组成更大的团簇. 所形成的团簇结构显著不同于那些由气相沉积、离子溅射等方法所获得的团簇结构.     

液态金属Al快速凝固过程中团簇结构的形成特性

A simulation study on the formation characteristics of clusters in a large-scale liquid Al system consisting of 105 atoms has been performed by the molecular dynamics method. And a cluster-type index method（CTIM）has been used to describe the structural configurations of various clusters. The results demonstrate that the icosahedron clusters（12 0 12 0）and their combinations play the most important role in the microstructure transition. The nanoclusters（containing up to 104 atoms）have been formed by combining some middle clusters which have been formed by combining smaller basic clusters. The structures of these nano-clusters are very different from those of nano-clusters obtained by evaporation,ionic spray methods,and so on. The latter is formed by the multi-shell crystals accumulated with an atom as the center and the surrounding atoms arranged according to octahedron configuration. The center atoms of these basic clusters are bond-connected each other with the linear or twisting mode. The corners of the nano-cluster just could become the starting points of the dendrite growth in the solidification processes of liquid metals.     

液态金属Al凝固过程中的团簇结构与幻数特性

采用分子动力学方法,对含有100000个Al原子的液态金属系统在凝固过程中团簇结构的形成特性进行了模拟研究,并采用原子团类型指数法(CTIM)来描述各种类型的团簇结构组态.研究结果显示:在液态金属Al的凝固过程中,只有与1551键型相关的二十面体原子团(12 0 12 0)及其组合形成的各种团簇结构,对微结构的演变起着关键的、决定性的作用;由不同数目、不同类型基本原子团组成的各种层次的团簇结构,都在一定的原子数区段内呈现出峰值,即幻数点;系统的幻数序列为:13(13), 19(21), 25～28(27), 31～33(29～30) ,37、39,…(括号内为液态时对应的幻数值),与Harris等人的实验结果甚为相符.本模拟研究所用的团簇结构按层次区段来研究幻数序列的方法,可为实验结果提供更为合理的模型解释.     

液态纯铁微观结构的温度变化特性

利用液态金属高温X射线衍射仪对纯铁熔体的微观结构进行了研究, 获得了结构因子、双体分布函数、原子间最近邻距离以及配位数. 结果表明, 随着温度的升高, 结构因子和双体分布函数第一峰的高度逐渐降低; 原子间最近邻距离则先降低然后基本保持不变; 纯铁熔体的配位数和原子团相关半径在1600～1650 ℃的温度范围内有一个突变, 表明熔体中发生了结构转变; 对相关半径的物理意义进行了探讨.     

液态合金NiAl凝固过程中微观结构转变的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法对液态NiAl凝固过程进行了研究,考察了不同冷却速度下液态NiAl结构变化特点,原子间相互作用势采用F-S多体势,结构分析采用键取向序和对分析技术.计算结果表明,冷却速度对液态NiAl结构转变有重要影响,在不同的冷却速度下, NiAl凝固过程出现了明显不同,冷速为4×1013和4×1012 K/s时, NiAl快速凝固为无序的非晶体结构;而在较慢的8×1011 K/s冷速下, NiAl凝固为晶态结构.给出了不同冷却速度下液态NiAl结构转变的微观信息.     

液态金属铝的热历史对凝固微结构的影响

用分子动力学模拟研究了液态金属Al 系统的热历史对凝固微结构的影响.发现在同一系统中、不同的热历史条件下， 1551 键型和与1551键型相关的二十面体结构(12 0 12 0)在微结构的转变过程中均起着非常重要的作用. 特别有意义的是, 在每个温度的等温运行中能够重复出现的二十面体的数目不随温度的降低而增加, 并有一个极大值.该极大值点正好与其玻璃转变温度Tg相对应, 在不同的热历史条件下极大值的位置是能够移动的.结果还显示出, 热历史条件对微结构转变有严重影响, 且其作用主要是在玻璃转变温度点Tg以后才显示出来. 这就为我们理解和控制凝固过程中的微结构转变提供了一条新途径.     

温度对液态重金属Pb结构变化的影响

利用分子动力学模拟技术 ,详细考察了在不同温度下液态金属Pb的结构特点。结果发现液态金属Pb的有序度随温度降低不断增强 ;液态金属Pb中存在着不同类型的原子集团 ,原子集团是以不同类型的键对存在的。利用键对分析技术 ,计算出不同温度下的键对类型数和二十面体的两类键趋向序参数 ,从微观上分析了液体与固体的结构相关性。说明了液态金属在不同温度下有不同的结构形式 ,而不象人们想象得那样杂乱无章。     

液铜快速冷却过程微观结构演变的计算机模拟

利用计算机模拟了在周期性边界条件下由500个原子构成的液态Cu模型系统以 4.2 * 10~(13) K/s的速率快速凝固的全过程。模拟在FS相互作用势的基础上，通 过双体分布函数、键对分析技术、键取向序等多种方法，对液Cu快冷凝固过程的微 观结构转变特性作了分析，给出了连续快速冷凝过程中液Cu原子间依靠相互作用力 形成的独特的微观结构图像。模拟结果重现了实验值，且表明在快速冷却过程中液 Cu没有形成body center cubic结构的倾向。     

胜利褐煤半焦冷却处理对其微观结构及反应性能的影响

采用不同的冷却方式对胜利褐煤热解"热"半焦进行冷却处理,考查了冷却方式对半焦微观结构及反应性能的影响.利用特制两段新型石英反应器,在高纯氩气、400、600、800 ℃的条件下,对褐煤热解30 min制得的"热"焦,分别浸入室温、干冰及液氮环境中得到冷态半焦,然后在15%水蒸气、900 ℃、10 min的条件下对冷态半焦进行非原位气化反应.为了比较,同样热解条件下制得的"热"半焦不经冷却,通过直接切换反应气氛为15%水蒸气进行原位气化(气化条件与非原位气化相同).利用TGA、SEM、BET和Raman光谱仪对半焦反应性和微观结构进行表征和分析.结果表明,"热"焦的水蒸气原位气化半焦产率低于冷态半焦的非原位气化.冷却处理对半焦的孔结构影响较大,随着冷却速率的增大,半焦比表面积及总孔容积显著降低,但对半焦的化学结构(芳环体系和含氧官能团)的影响非常小.冷却速率越大,半焦的反应性越低,冷态半焦反应性能降低主要由于冷却对半焦孔结构造成的不可逆转的破坏.     

微量元素La对Al—Si合金凝固过程的影响

本文用差热分析法系统地研究了La掺杂对Al-Si共晶合金、亚共晶、超共晶的动态凝固过程的影响。结果表明,La促使α(Al)成核,使体系中初晶α(Al)的析出温度比AJ-Si二元合金中Al初晶的实际析出温度明显提高;La对初晶Si的成核和长大起抑制作用,使超共晶中初晶Si相析出温度较二元合金中的Si初晶的实际析出温度明显降低。     

微量Na元素的变质作用对Al—Si合金凝固过程的影响

对不同Na含量的Al-Si共晶合金各相中Na的分布进行了分析,并结合显微结构的变化,用DTA方法研究了合金的凝固过程。结果表明:Si相中的Na含量随着合金中Na的重量百分比的增加而增加,在一定的冷却速度下,加入Na可提高Al-Si共晶合金的共晶析出温度,降低Al-Si共晶合金的生长速度,变质效果越好的样品,这种变化越明显,说明,Na的变质作用不是抑制其成核而是促使其成核。     

微量元素Sr对Al—Si合金凝固过程的影响

用差热分析法系统地研究了Sr对Al-Si共晶、亚共晶及超共晶合金的动态凝固过程的影响。结果表明,Sr既可促进α-Al成核,使其初晶析出温度比二元合金中α-Al相析出温度明显提高,又能抑制初晶Si成核,使超共晶中初晶Si相析出温度较二元合金中Si的初晶的实际析出温度明显降低,还能促使共晶合金成核,使加Sr后的共晶析出温度明显提高。     

冷却速度对铅酸蓄电池用Pb-Ca合金性能的影响

实验采用交流阻抗(EIS)谱图, 塔菲尔(Tafel)曲线, 阴极极化等电化学测试研究不同冷却速度下的Pb-Ca合金的电化学性能, 并用金相显微镜观察微观组织. 结果表明: 冷却速度增大, 晶粒细化, 阳极膜钝化层的稳定性增强, 耐腐性改善, 析氢过电位提高, 但过于细化的组织增加晶界面积和晶体缺陷反而会恶化合金的电化学性能.