过冷Fe85Ni15熔体的结构及动力学研究

基于嵌入原子势（EAM）,采用分子动力学（MD）模拟的方法探讨了过冷液态Fe₈₅Ni₁₅合金的微观结构及动力学性质.对B-T结构因子（SF）与相对长度（Correlation length）的分析发现:Fe₈₅Ni₁₅熔体具有相分离的趋势,但不十分明显.配位数（CN）及F-Z结构因子的计算结果证实了体系的短程序对应着二十面体结构.均方位移（MSD）的计算结果表明:Fe₈₅Ni₁₅合金属于脆性液体.将获得的扩散激活能与其它合金系进行对比发现扩散激活能并不能反映熔体的玻璃形成能力,熔体中的二十面体结构不利于非晶的形成.     

Fe、Co、Ni混合团簇磁性的密度泛函研究

基于13原子二十面体结构,采用密度泛函方法系统计算研究了Fe、Co及Ni单质及二元混合团簇的磁性.发现有限温度下团簇磁性随结构畸变的敏感性随Fe、Co、Ni顺序逐渐减弱,同时发现二十面体结构Fe_(13)及Co_(13)均具有不同磁矩的近简并低能态.对FeNi及CoNi混合团簇、其磁矩随组分的变化不存在反常现象,但对于FeCo混合团簇、其磁矩随组分的演化行为存在个别反常现象.我们认为:这种反常现象能够对FeCo非晶合金中的实验观测结果提供一种可能的理论解释.     

Zr基大块非晶中添加元素对非晶形成能力及耐蚀性的影响

运用实空间递归方法研究了添加元素Nb,Ta,Y,La对Zr基非晶合金的非晶形成能力和耐腐蚀性能的影响.用计算机编程构造了Zr基非晶中初始晶化相Zr₂Ni的原子结构模型,用Zr₂Ni中的二十面体原子团簇模拟非晶中的二十面体团簇.计算了替代二十面体中心或顶角位置原子前后Ni,Zr及合金元素的局域态密度、团簇中心Ni与近邻Zr原子及Ni与替代元素Nb,Ta,Y,La间的键级积分,还计算了合金元素替代前后团簇的费米能级.局域态密度计算结果表明：合金元素Cu占据二十面体团 关键词： 电子结构 Zr基大块非晶 非晶形成能力 耐蚀性     

Al-Mg合金熔体快速凝固过程中微观结构演化机理的模拟研究

采用分子动力学方法对Al₅₀Mg₅₀合金熔体的快速凝固过程进行了模拟,并采用双体分布函数、键型指数法和原子团类型指数法等方法,从微观结的不同层面对Al-Mg合金熔体快速凝固过程中微观结构的演化机理进行了深入的分析研究.结果表明：本模拟所获得的Faber-Ziman偏结构因子与实验结果符合较好.Al₅₀Mg₅₀合金熔体具有遗传性,在快速凝固过程形成了非晶态结构,其中二十面体短程序结构对非晶态结构的形成起决定性作用.基于原 关键词： Al-Mg合金熔体 快速凝固过程 分子动力学模拟 微观结构     

Cu-Ni合金结构的分子动力学模拟

采用EAM作用势对Cu Ni合金的结构特性进行了MD模拟研究 .通过FZ结构因子可发现 ,Cu含量的变化对结构因子的波动影响很小 ,键取向序参数和键对也表现出相似的变化规律 ,这表明液态Cu Ni合金对成份变化不敏感 ,体系中的化学序较弱 .将Cu70 Ni3 0 合金熔体的FZ结构因子与Waseda的实验结果进行对比 ,发现二者吻合得较好 ,表明EAM势可以很好地描绘Cu Ni合金的结构特性 .在快速冷却过程中 ,除了Cu2 0 Ni80 合金外 ,其他合金成份的双体分布函数的第二峰都发生了劈裂 ,标志着体系最终形成了非晶结构 ,而Cu2 0 Ni80 合金的双体分布函数却表现出晶体峰的特征 .通过对键取向序参数、键型指数以及铜镍原子的有效扩散系数的分析表明 ,在快速冷却过程中 ,Cu2 0 Ni80 合金最终形成了hcp晶体结构     

Fe_50Cu_50合金熔体相分离过程的分子动力学模拟

基于镶嵌原子势,采用分子动力学模拟的方法探讨了Fe50Cu50合金熔体在1823 K下液-液相分离过程.结果发现:熔体中同类原子配位数随弛豫时间的延长逐渐增大,而异类原子配位数逐渐减少;由BhatiaThornton结构因子SCC(q)获得的相关长度随时间的变化也呈现出明显的递增趋势,表明该合金熔体在该温度下发生了液—液相分离.原子轨迹的可视化显示结果发现,相分离的初期,体系呈明显的网络状组织,随时间的延长,异类原子逐渐分离,最终形成富Fe和富Cu的相分离组织,符合调幅分解特征.与Fe75Cu25合金熔体的相分离过程对比发现,Fe与Cu原子数目相差越小,相分离行为越剧烈,形成稳定分层结构所需的时间越短.以上研究从原子尺度上表征了金属熔体的相分离过程.     

SiO2-羟基表面上金属原子的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了SiO2-羟基表面上几种金属原子的吸附性质,发现In和Ga在SiO2-羟基表面上的结合很弱,而Fe,Co,Ni在该表面上与Si,O形成强的化学键.等势能面和扩散势垒计算表明In(Ga)的扩散激活能只有0.1-0.3 eV,表明这两种原子容易在表面上扩散.这些结果可以定性地解释纳米合成中的一些实验现象.     

SiO2-羟基表面上金属原子的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了SiO₂-羟基表面上几种金属原子的吸附性质，发现In和Ga在SiO₂-羟基表面上的结合很弱，而Fe，Co， Ni在该表面上与Si，O形成强的化学键.等势能面和扩散势垒计算表明In (Ga)的扩散激活能只有0.1—0.3 eV，表明这两种原子容易在表面上扩散.这些结果可以定性地解释纳米合成中的一些实验现象. 关键词： 第一性原理 表面扩散 结合能 金属原子     

Cu_(45)Zr_(55-x)Al_x(x=3,7,12)块体非晶合金的第一性原理分子动力学模拟研究

利用第一性原理分子动力学模拟对Cu45Zr55-xAlx(x=3,7,12)块体非晶合金熔体在快速冷却为玻璃态过程中原子结构的演变进行了系统的研究.结果显示,以Al为中心的二十面体是合金熔体在液—固转变过程中最稳定的原子团簇结构,可视为该合金系中的基本结构单元;以Al为中心的稳定团簇的数量和在空间中的组成形式决定了该合金微观结构的非均匀性和原子扩散能力的大小,这也是影响合金宏观力学性能和玻璃形成能力的关键因素.     

铝基非晶合金微观结构的特点与演变

选择Al90Fe5Ce5和Al83Zn7Ce10非晶合金来研究铝基非晶合金的微观结构的特点和微观结构的演变.在Al90Fe5Ce5非晶合金中,发现亚稳Al6Fe相与被铝相包裹的二十面体准晶相共存.在Al83Zn7Ce10非晶合金中,金属间化合物Al2ZnCe2为凝固过程中的初生相.金属间化合物Al2ZnCe2可以伴随纳米晶粒铝的晶化而析出.抑制在冷却过程中所形成的各种晶核的成长是铝基合金具有很强的非晶形成能力的主要原因.多种相的竞争形核和有限生长导致了铝基合金具有复杂的结构特点 关键词： 铝基非晶合金 二十面体准晶 预峰 化学短程序     

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

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T_c附近才开始充分显现出来. 体系在1×10¹² K/s的冷速下, 最终均形成以1421和1422键型或面心立方(12 0 0 0 12 0)与六角密集(12 0 0 0 6 6) 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     

First-principles prediction of half-metallic ferromagnetism in Cd(TM)O2 (TM=Cr, Mn, Fe, Co, Ni) compounds

We report the electronic structure of Cd(TM)O₂ (TM=Cr, Mn, Fe, Co, Ni) in the chalcopyrite structures. From this study we find that Cd(TM)O₂ is a half-metallic ferromagnetic compound. From the energy consideration we find that Cd(TM)O₂ is more stable in chalcopyrite structure rather than in rock salt structure. A careful analysis of the spin density reveals the ferromagnetic coupling between the p-d states and the cation dangling-bond p states, which is believed to be responsible for the stabilization of the ferromagnetic phase. The calculated heat of formation, bulk modulus and cohesive energy are reported.     

Local icosahedral order and thermodynamics of simulated amorphous Fe

Local icosahedral order and thermodynamics of amorphous Fe have been analyzed in detail for models containing 3000 atoms, which were obtained by the molecular dynamics (MD) method. Models were obtained by cooling from the melt. Local order in models has been analyzed by using the technique proposed by Honeycutt and Andersen; we found an existence of icosahedral order in the system. Moreover, structural properties of models were also studied via radial distribution function (RDF), static structure factor, mean atomic distances, coordination number and bond-angle distributions. Glass transition temperature, heat capacity and potential energy of the system were found in addition to the evolution of structure and mean-squared displacement (MSD) of atoms upon cooling from the melt toward the glassy state. We found the glass transition temperature of simulated liquid Fe via temperature dependence of potential energy and it is close to that observed previously in the literature, i.e. T_g≈1070 K. Calculations showed that structural properties of amorphous Fe models with the Pak-Doyama interatomic potential agreed well with the experimental data.     

耐蚀合金Al3Ni和Ni3Al液态冷凝过程的比较研究

采用F S多体势对液态合金Al3Ni和Ni3Al在不同冷却速度下的微观结构及其转变机制进行了分子动力学模拟 ,得到了不同冷速下各温度的双体分布函数 ;采用HA键型指数法对其结构进行了分析 ,结果表明 :Al3Ni在两种冷速下均以非晶的形式出现 ,只是慢冷时体系的有序度略有升高 ;而Ni3Al的结构及能量转变受冷速影响较大 ,快冷时形成非晶 ,而慢冷时出现明显结晶 ;同样冷速下Al含量较少的Ni3Al体系的有序度高 ,更易形成晶体 ,晶体的形成过程中有能量突变 .     

Zr-Al-Ni-Cu(Nb,Ti)大块非晶玻璃转变的动力学性质

以Zr-Al-Ni-Cu (Nb,Ti)大块非晶合金差示扫描量热分析实验为基础,利用Lasocka方程、Kissinger方程及Vogel-Fulcher-Tamman(VFT)方程对其玻璃转变的动力学性质从不同方面进行了研究.分析结果表明：玻璃转变表观激活能越小,则晶化转变激活能越大,表现出相反的难易程度,且玻璃转变表观激活能数值远较传统非晶要小,验证了大块非晶合金独特的结构特点及玻璃形成能力(GFA)强的原因.利用VFT方程对玻璃转变弛豫时间与升温速度的VFT曲线 进行了拟合,所算得的玻璃脆性参数m均在30左右,反映了Zr-Al-Ni-Cu (Nb,Ti)非晶合金强 的脆性属性.玻璃转变处Lasocka关系的B值、原子表观激活能及玻璃脆性参数均反映了相同的GFA大小趋势,从不同方面进一步揭示了非晶合金玻璃转变区间的动力学行为与GFA之 间的密切联系,可作为判断非晶合金GFA强弱的重要依据. 关键词： 玻璃转变 玻璃形成能力 表观激活能 玻璃脆性参数     

Diffusion and growth of nickel,iron and magnesium adatoms on the aluminum truncated octahedron: A molecular dynamics simulation

The structure of nickel (Ni), iron (Fe), and magnesium (Mg) adatoms on the aluminum (Al) truncated octahedron is studied using molecular dynamics and the analytic embedded atom method. First, the energy barriers of several typical diffusion processes of Ni, Fe, and Mg adatoms on the Al truncated octahedral cluster were calculated using the nudged elastic band method. The calculated energy barriers were found to be related to the surface energy and atomic radius of the adatom and substrate atom. The result shows that the incorporation of Ni and Fe atoms into Al core easily occurs, and the Mg atom should segregate at the surface of the Al cluster. Thus, the growth of Ni, Fe and Mg on the Al truncated octahedron with 1289 atoms was simulated at several temperatures. In the Ni–Al and Fe–Al cases, the core-shell structure was not obtained. For the Mg–Al system, a good Mg shell on the Al core was found at lower temperatures, and an almost perfect truncated octahedron with more Al shells emerged with an increase in temperature.     

Energy model for the Zr-based metallic glass alloy melt with clusters

An energy model for the melt of bulk metallic glass (BMG) with clusters was established, the Gibbs free energy and interfacial energy for the Zr-Al-Ni ternary alloy melt with Zr2Ni clusters were calculated, and the effects of the clusters on the Gibbs free energy, interfacial energy and nucleation rate were analyzed. The results showed that the existence of the clusters in the Zr-Al-Ni ternary alloy melt enables the Gibbs free energy to decrease in the composition range where bulk metallic glass forms easily, makes the interfacial energy increase and changes the distribution of the interfacial energy with the alloy composition. Because of the clusters in the melt, the Gibbs free energy of the Zr66Al8Ni26 alloy melt decreases about 0.3-1 kJ/mol and the interfacial energy between the melt and crystal nucleus increases about 0.016 J/m2. The nucleation rate of the undercooled Zr66Al8Ni26 alloy melt decreases evidently under the influence of the clusters on Gibbs free energy and the interfacial energy, and the maximum of the nucleation rate in the melt with the Zr2Ni clusters is only about 107 mol-1·s-1.     

高温金属熔体黏度突变探索

高温金属熔体的黏度是衡量液态金属动力学性质的一个重要指标,是高温金属熔体的基本物理性能之一.熔体的黏度在表征脆性系数、金属玻璃形成能力的大小和液-液相变现象方面起关键性作用.本文在介绍高温金属熔体黏度测量方法的基础上,综合评述了单质、二元和多元合金黏度随温度的变化规律和黏度突变特征,分析了黏度突变研究的物理意义,并指出高温金属熔体黏度今后研究的发展方向。     

微合金化元素对Fe—A1界面结合的第一性原理研究

利用第一性原理中的DFT理论研究了Fe／A1界面的能量学和电子结构，讨论了替位型掺杂的元素Zn、Mn、Ni在Fe／A1界面处的作用．结果表明：元素Zn、Mn、Ni都会优先替换界面处的Fe原子，使得界面结合能增加，体系更稳定，有利于界面的结合；跨界面的Fe原子与Al原子之间的电荷布居、键长以及差分电荷密度图的计算表明：掺杂后有利于跨界面的Fe-Al间成键，从而加强了Al层与Fe基体的结合，且结合强度由强到弱依次为：掺Zn〉掺Mn〉掺Ni；与实验比较吻合．最后对掺杂Zn的增韧机理加以解释．     

微合金化元素对Fe-Al界面结合的第一性原理研究

利用第一性原理中的DFT理论研究了Fe/Al界面的能量学和电子结构,讨论了替位型掺杂的元素Zn、Mn、Ni在Fe/Al界面处的作用.结果表明:元素Zn、Mn、Ni都会优先替换界面处的Fe原子,使得界面结合能增加,体系更稳定,有利于界面的结合;跨界面的Fe原子与Al原子之间的电荷布居、键长以及差分电荷密度图的计算表明:掺杂后有利于跨界面的Fe-Al间成键,从而加强了Al层与Fe基体的结合,且结合强度由强到弱依次为:掺Zn>掺Mn>掺Ni;与实验比较吻合.最后对掺杂Zn的增韧机理加以解释.