金属钨熔化过程的分子动力学模拟

本文使用分子动力学方法对金属钨的熔化过程进行了数值模拟,分析了钨在熔化过程中的结构、系统内能变化以及表面熔化过程固-液界面变化情况,初步分析了表面熔化现象的机理。模拟过程采用嵌入原子模型(EAM)描述原子间相互作用,模拟结果表明,嵌入原子模型适合于计算固-液相变过程,表面熔化过程是由表面处最外层原子的不稳定性触发的。对于均匀熔化过程,晶体在4700 K下发生固-液相变;对于表面熔化过程,计算获得了不同温度(3800～4800 K)下的熔化速度,拟合出熔化速度公式,得到的表面熔化热力学熔点与已有实验结果基本符合。     

熔化前后Pb样品表面微喷射现象研究

利用设计的大量程Asay-F窗技术,从实验上准确诊断了不同加载状态下金属Pb样品表面微喷物质量和密度-速度分布信息,重点阐释了熔化前后金属样品表面微喷特性的异同,并从理论分析的角度解释了该现象产生的物理原因,为研究熔化对金属样品表面微喷射的影响机制奠定了重要基础.     

熔化状态下锡样品微喷射现象的诊断

强冲击熔化状态下,金属样品表面微喷射大幅增加,难以诊断。针对该问题,利用Asay-F窗技术,通过实验诊断,得到了熔化状态下不同表面加工状态锡样品表面微喷射物质的质量、密度、速度和空间分布等信息,分析了表面加工状态对表面喷射物质量及特征的影响。结果发现,对于熔化状态的金属样品,表面粗糙度仍是决定微喷射物质量大小、速度及空间分布的重要因素,且相关特征均呈现随表面粗糙度增大而增大的趋势。研究结果为认识熔化状态下材料的微喷特性及构建物理模型提供了重要数据。     

熔化状态下锡样品微喷射现象的诊断北大核心CSCD

强冲击熔化状态下,金属样品表面微喷射大幅增加,难以诊断。针对该问题,利用Asay-F窗技术,通过实验诊断,得到了熔化状态下不同表面加工状态锡样品表面微喷射物质的质量、密度、速度和空间分布等信息,分析了表面加工状态对表面喷射物质量及特征的影响。结果发现,对于熔化状态的金属样品,表面粗糙度仍是决定微喷射物质量大小、速度及空间分布的重要因素,且相关特征均呈现随表面粗糙度增大而增大的趋势。研究结果为认识熔化状态下材料的微喷特性及构建物理模型提供了重要数据。     

Au纳米薄膜的熔化机理及其结构演变的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟详细研究了不同厚度的Au纳米薄膜的熔化机理和结构演变. 模拟结果表明所有Au纳米薄膜的熔化行为分为两个阶段,即表面预熔和均相熔化. 只有最外层原子出现了预熔化行为, 其他内层原子在均相熔化之前始终保持稳定的固态,这与零维的Au纳米团簇和一维的Au纳米线的预熔化行为是不同的. 同时Au纳米薄膜的熔化温度随着薄膜厚度的增加而升高. 在预熔化过程中,在原子水平上发现了所有的Au纳米薄膜的f100g晶面向f111g晶面转变的表面重建过程. 对于最薄的L2纳米薄膜,当温度低于500 K 时表面应力不能诱导这样的表面重建. 然而一维的Au纳米线在更低温度下就能够观察到了由表面应力诱导的表面重建过程. 这主要是因为Au纳米线具有更高的比表面积所导致的. 另外研究结果还表明当模拟温度达到某一特定值时,由双原子层组成的Au纳米薄膜能够分裂成一维的纳米线.     

金属Al表面熔化各向异性的分子动力学模拟

采用嵌入原子势,使用分子动力学方法对金属Al不同低指数晶面的表面熔化现象分别进行了模拟.分析了熔化过程中样品结构组态的变化.模拟结果表明对于不同的自由表面,表面熔化呈现出明显的各向异性行为.Al（110）面在低于熔点的温度之下发生预熔化;（111）与（001）面都出现过热现象.与（111）面不同,（001）面发生过热现象时表面原子层为类液层,而（111）面仍然保持很好的晶格结构,即预熔化的Al（001）面在高于熔点的温度下,仍可以在很长的时间内处于相对稳定的亚稳态.由模拟得到Al的热力学熔点为950 K左右,与实验值基本符合. 关键词： 分子动力学 表面熔化 过热     

爆轰加载下金属样品的熔化破碎现象诊断

本文在传统Asay窗技术基础上设计发展了一种用于诊断熔化状态下 金属样品表面附近一定厚度区域内熔化破碎现象的Asay-F窗技术, 较准确给出了该区域熔化破碎物质的质量和密度分布信息, 并与表面微喷和固体层裂片的特征进行了比对分析, 为熔化破碎现象的形成机理认识和物理建模提供了重要实验数据. 而且研究表明Asay-F窗技术可在一定程度上弥补目前熔化破碎现象 主要依靠高成本质子照相技术诊断的不足. 关键词： 爆轰加载 熔化破碎 Asay-F窗     

激光表面纹理化过程中的Rayleigh-Taylor不稳定性

用表面纹理化的热模型 ,分析了固体表面的熔化和重固化的物理过程 ,计算了在纹理化过程中的表面温度、穿透深度、熔化深度、相面移动速度等物理量 ,提出了 Rayleigh-Taylor不稳定性形成周期化结构的机理。     

激光表面纹理化过程中的Rayleight-Taylor不稳定性

 用表面纹理化的热模型,分析了固体表面的熔化和重固化的物理过程,计算了在纹理化过程中的表面温度,穿透深度,熔化深度,相面移动速度等物理量,提出了Rayleight-Taylor不稳定性形成周期化结构的机理。     

应变效应对金属Cu表面熔化影响的分子动力学模拟

采用Mishin镶嵌原子势，通过分子动力学方法模拟了金属Cu 的(110)表面在不同应变下的熔 化行为，分析了表面熔化过程中系统结构组态和能量的变化以及固液界面迁移情况.金属Cu 的(110)表面在低于热力学熔点的温度下发生预熔化，准液体层的厚度随温度升高而增加.当 温度高于热力学熔点时，固液界面的移动速度与温度成正比，外推得到热力学熔点为1380K ，与实验结果1358K吻合良好.应变效应（包括拉伸和压缩）导致热力学熔点降低，并促进表 面预熔化进程.在相同温度条件下，准液体层的厚度随应变绝对值的增加而增大.应变效应导 致的固相自由能增加是金属Cu(110)表面热稳定性下降的主要因素，且表面应力和应变方向 的异同也会影响表面预熔化的进程. 关键词： 表面预熔化 热力学熔点 表面应力 分子动力学     

高压下MgO熔化特性的分子动力学模拟

利用分子动力学方法,模拟研究了高压下MgO的熔化特性．通过晶体的现代熔化理论,对MgO的分子动力学模拟熔化温度进行了修正,得到了高温高压下MgO的熔化温度．计算得到的MgO熔化曲线和已有的实验及其它理论结果在0-135 GPa进行了比较,发现修正得到的MgO熔化温度和由Lindemann熔化方程及两相方法得到的结果在压力低于15 GPa时符合很好．同时,MgO熔化模拟有效解释了一阶相变分子动力学过程中出现的过热熔化现象．     

激光辐照超音速气流下TA15钛合金和LY12铝合金的热响应

利用超音速气流环境模拟装置,开展了自然对流和马赫数为3切向气流下,1064nm连续激光辐照TA15钛合金和LY12铝合金热响应实验研究,得到了材料在两种条件下的温升曲线及熔穿时间。结果表明:在激光辐照材料未使得其表面发生熔化前,气流对材料激光辐照过程中的冷却效应较为明显,在表面发生熔化时,熔化的液态物质在气流切向力剥蚀作用下被吹离材料表面,使得激光继续作用在材料上,熔化→剥离→熔化→剥离如此反复,可加速熔穿过程;此外,切向气流将影响钛合金这类热扩散系数较低材料的温度场分布,使得气流下游处的温度高于上游,而对铝合金这类热扩散系数较高的材料而言,影响不明显。     

围绕变壁温水平圆柱热源接触熔化的理论分析

研究围绕变壁温热源的接触熔化,建立表面温度随角度变化的水平圆柱热源接触熔化模型.对紧密接触熔化区的液体传热与运动状态进行分析,运用Nusselt液膜理论建立熔化控制方程,并采用理论求解,得到稳定熔化时的熔化速度解析解,所得结果包含了文献关于定壁温热源熔化的分析结果.通过分析不同温度分布下发生接触熔化的熔化速度、液膜厚度和压力分布情况,得到温度分布对熔化影响的规律.     

316L不锈钢粉末光纤激光选区熔化特性

采用自行研制的光纤激光选区熔化快速成型设备,研究了选区激光熔化316L不锈钢粉末工艺参数、能量输入与样件致密度、表面形貌之间的关系以及微观组织特征。结果表明:扫描速度对成型效果影响最为显著;样件致密度随着激光能量密度提高有逐渐增大的趋势;能量密度作为选区激光熔化工艺的技术指标具有可操作性;表面形貌由激光功率与扫描速度比值所决定。深入探讨了能量输入、熔化凝固行为、激光功率与扫描速度比值与样件致密度、表面形貌的关系。结果表明:选区激光熔化凝固组织层内、层间熔合处为弧形,且为冶金结合,金相组织主要由柱状晶与等轴晶组成,层内靠近熔合线周围是柱状晶,而层间靠近熔合线附近主要是细小等轴晶,晶粒直径为1μm左右。     

水平光管及肋管外熔化换热及固-液界面运动规律的实验研究

本文对电加热水平圆管及纵向双肋管外的熔化换热及固-液界面运动规律进行了实验研究,用激光阴影技术测定了加热表面处的局部换热系数,以热平衡法确定了平均换热系数。通过摄取的熔化形状图计算相对工质熔化量随时间的变化规律,用当量平均熔化层厚度的概念描述了固-液界面的运动规律及平均换热特性。相变工质为色标十七烷(纯度>99.9％,t_f=22.2℃)。与光管相比,纵向双肋管增大了工质的熔化量,强化了熔化换热过程。     

紫外成像器件光电阴极封接焊料熔层缺陷对气密性的影响

为解决紫外成像器件光电阴极与管体封接漏气问题,对管体InSn合金熔化过程中出现的质量问题进行了深入分析,找出焊料熔层缺陷主要来源于对焊料除气不彻底和基底表面氧化及设备油污染。通过优化工艺参数,改进工艺质量和把化铟设备管体搁置焊料熔化改为浇铸熔化,使管体焊料熔化合格率达到了100%,光电阴极与管体封接气密性成品率达到98%。     

强流脉冲电子束诱发温度场及表面熔坑的形成

在强流脉冲电子束表面改性实验的基础上，通过数值计算方法对铝和钢的温度场和熔化过程 进行模拟，给出了最先熔化的位置、形成熔孔的最大深度以及表面层下熔化的最大深度. 通 过铝和钢的熔化潜热温度补偿的数值模拟结果和实验结果的对比，揭示了亚表层率先升温及 熔化从而通过表层向外喷发的熔坑的形成机制. 关键词： 强流脉冲电子束 热传导 数值模拟 熔孔     

圆管内自由固体相变材料定热流接触熔化

针对水平圆管内自由固体相变材料储能时的吸热熔化,运用接触熔化理论建立定热流圆管热源接触熔化模型.运用Nusselt液膜理论,建立熔化控制方程,并求解得到无量纲熔化方程组.分析讨论不同工况下熔化速度、液膜层厚度和压力分布等熔化参数的变化规律,探讨各影响因素对熔化的影响,并与温差熔化结果进行比较,研究第二类热边界条件下的接触熔化规律.发现,熔化过程中随着固体高度的减小,接触熔化液膜厚度逐渐增大,使熔化速度降低;热流密度较小时,其变化对熔化影响显著.     

冲击诱导金属铝表面微射流现象的微观模拟

采用嵌入原子势分子动力学模拟方法, 研究了金属铝表面沟槽在冲击下形成微射流的微观过程和动力学性质. 通过对模拟结果的统计分析, 获得了较宽冲击压力范围内微射流形态的变化规律, 以及相应的质量-空间分布和质量-速度分布变化. 基于原子中心对称参数, 分析了样品近表面非晶态转变和卸载熔化过程, 获得了卸载熔化对微射流质量及其分布的影响规律. 研究还发现: 样品熔化之前, 微射流质量与波后粒子速度呈线性增加关系; 卸载熔化出现后, 微射流质量开始迅速增加; 当卸载熔化速度足够快时, 金属强度效应可忽略, 此时微射流质量与波后粒子速度再次表现出线性增加关系.     

MEAM势与Tersoff势比较研究——碳化硅熔化与凝固行为

运用分子动力学方法对比模拟研究了碳化硅的体熔化、表面熔化和晶体生长过程.分别采用MEAM 势和Tersoff势两种势函数描述碳化硅.结果表明:体熔化时,两种势函数描述的SiC的原子平均能量、 Lindemann指数和结构有序参数与温度的变化关系相似,但MEAM势对应的体熔点(4250 K)比Tersoff势(4750 K) 的要高.表面熔化时,两种势函数描述的SiC在相同的过热度下熔化速度相近;而在相同的温度条件下,MEAM 作用的SiC表面熔化速度更快.这是由于MEAM势SiC的热力学熔点(3338 K)低于Tersoff势SiC的热力学熔点 (3430 K)的缘故.两种势函数作用的SiC在晶体生长方面差异很大.MEAM势SiC的晶体生长速度与过冷度有关, 过冷度约为400 K时晶体生长速度最快.但Tersoff势SiC晶体却在过冷度为0—1000 K的范围内均不能生长. 综合考虑,MEAM势比Tersoff势能更好地描述碳化硅的熔化和凝固行为.