冷速对液态金属Pb凝固过程中微观团簇结构演变影响的模拟研究

采用分子动力学方法对六种不同冷却速率对液态金属Pb凝固过程中微观团簇结构演变的影响进行了模拟跟踪研究.采用双体分布函数、Honeycutt-Andersen键型指数法、原子团类型指数法(CTIM-2)、平均配位数等方法对凝固过程中微观团簇结构的演变进行了分析.结果表明：系统存在一个形成非晶态或晶态结构的临界冷速(介于5×10¹²与1×10¹²之间),大于这个临界冷速时,系统将形成以1551,1541和1431键型为主的非晶态结构;当小于这个临界冷速时,系统将先形成以1441和1661键型或以bcc基本原子团(14 6 0 8 0 0)为主的晶态结构,并稳定存在一段时间,然后又迅速转变为以1421和1422键型为主或以fcc基本原子团(12 0 0 0 12 0)和hcp基本原子团(12 0 0 0 6 6)以一定比例并存的部分晶态结构;同时发现,冷速对系统中fcc结构和hcp结构的相对比例有明显的影响,冷速越低,fcc结构所占的比例越多,越倾向于形成完美的fcc晶态结构. 关键词： 液态金属铅 凝固过程 团簇结构演变 分子动力学模拟     

液态金属Cu快速凝固过程中原子团簇及非晶态结构转变特性的模拟研究

本文采用Quantum Sutton-Chen多体势,对由5万个液态金属Cu原子组成系统的原子团簇的形成与演变特性进行了分子动力学模似研究.我们采用原子团类型指数法(CTIM)来描述复杂的微观结构转变.研究发现:系统形成以1551、1541和1431三种键型为主的非晶态结构;二十面体原子团(12 0 12 0)和(12 2 8 2)、(13 1 10 2)、(13 3 6 4)、(14 1 10 3)、(14 2 8 4)、(14 3 6 5)缺陷多面体基本原子团在液态转变为非晶体过程中起着关键性的作用.系统所形成的纳米团簇是由一些基本团簇和由这些基本团簇相互连接而成的中等团簇所组成,这正是与由气相沉积法和离子溅射法所获得的团簇结构的本质差别所在.通过双体分布函数g(r)、HA键型、基本原子团、平均原子体积和比值g_(min)/g_(max)的分析,还得到液态金属Cu在冷却速率为1.0×10~(14)K/S时的非晶转变温度T_8约为673 K.同时还发现,1551、1441、1661三种键型随温度有相同的变化趋势,这反映出体系对称性结构有相同的变化规律.     

液态金属凝固过程原子团簇结构表征的新方法（英文）

采用分子动力学方法对液态金属钠的凝固过程进行了模拟计算,运用团簇结构表征新方法――团簇类型指数法(CTIM)对凝固过程中的团簇结构进行了识别.为了阐明CTIM在识别团簇结构上的准确性和效率,将其与广为采用的Voronoi多面体方法 (VPM)进行比较.结果表明:当采用CTIM和VPM分别对液态金属钠凝固结构中的原子团簇结构进行表征时,它们所得到的微观结构特征是一致的.非晶态结构中,原子团簇类型的分布呈现明显的区段特征,每一区段都存在一种主要团簇类型,它们分别是二十面体或其缺陷结构.晶体结构中,体系形成以BCC团簇为主体的晶态结构.同时发现,VPM不易区分不同团簇构型之间的细微差别,不同构型的原子团簇可能被归为同种结构类型;而CTIM根据近邻原子之间相对位置关系,直接准确描述原子团簇的构型.不但由CTIM分析获得的凝固体系结构特征与VPM的分析结果一致;而且CTIM抓住了体系微观结构特征的主要方面,简化了团簇结构的表征形式,这在大尺度模拟体系的结构分析中将具有较高效率.     

不同冷速对金属铜Cu凝固过程中微观团簇结构演变影响的模拟研究

采用分子动力学方法和Quantum Sutton-Chen(Q-SC)多体势对由5万个液态金属铜(Cu)原子构成的系统在三个不同冷却速率下的凝固过程中微观团簇结构转变的影响进行了模拟研究.运用双体分布函数、Honeycutt-Andersen(HA)键型指数法、原子团类型指数法(CTIM-2)和可视化分析等方法,对凝固过程中微观团簇结构的演变特性进行了分析研究.结果发现:由非晶体向晶体转变的临界速度约为1.0×1013 K/s,在此冷速下系统形成非晶体和晶体以一定比例并存的混合结构;在冷速为1.0×1014 K/s冷却时系统形成以1551、1541、1532、1431键型为主的非晶体结构,非晶转化温度约为673K;在以4.0×1012 K/s速度冷却时,系统从673K就开始结晶,并形成以1421和1422二种键型或由这二种键型构成的面心立方(FCC)(12 0 0 0 12 0)和六角立方(HCP)(12 0 0 0 6 6)基本原子团为主的晶体结构,尤其是由1421键型构成的面心立方(12 0 0 0 12 0)基本原子团在晶体生长和微观团簇结构形成过程中占主导地位.同时发现,冷速对金属Cu系统中的FCC结构和HCP结构的相对比例有显著的影响,冷速越低,FCC基本原子团以及由其构成的团簇结构越多.     

液态Mg7Zn3合金快速凝固过程中微观结构演变机理的模拟研究

采用分子动力学方法对液态Mg₇Zn₃合金的快速凝固过程进行了模拟研究,并采用双体分布函数、Honeycutt-Andersen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的凝固过程中, Zn-Zn原子之间的相互成键的概率明显增加,形成以1551,1541,1431键型为主的非晶态结构.其特征键型1551随温度变化 关键词： 液态MgZn合金 快速凝固过程 微观结构演变 分子动力学模拟     

液态Ni原子团簇演变的计算机模拟

采用常温常压分子动力学模拟技术,模拟了液态Ni中原子团簇在快速凝固条件下的演变过程,模型采用TB作用势.采用偶分布函数、键对和多面体等结构参数来描述快速凝固条件下团簇种类和数量的变化,并将团簇结构可视化.在2 000 K下,液态Ni中团簇数量较少,由一定数量的1551、1441及1661键对所形成的缺陷二十面体构成;在快速冷却条件下,团簇的数量随温度的降低不断增加,且出现由12个1551键型所形成的完整二十面体团簇,体系最终形成了由二十面体和缺陷二十面体团簇网络所组成的非晶结构.     

不同冷速对金属铜Cu凝固过程中微观团簇结构演变影响的模拟研究

采用分子动力学方法和Quantum Sutton-Chen（Q-SC）多体势对由5万个液态金属铜（Cu）原子构成的系统在三个不同冷却速率下的凝固过程中微观团簇结构转变的影响进行了模拟研究．运用双体分布函数、Honeycutt-Andersen（HA）键型指数法、原子团类型指数法（CTIM-2）和可视化分析等方法,对凝固过程中微观团簇结构的演变特性进行了分析研究.结果发现：由非晶体向晶体转变的临界速度约为1.0×1013K/s,在此冷速下系统形成非晶体和晶体以一定比例并存的混合结构;在冷速为1.0×1014K/s冷却时系统形成以1551、1541、1532、1431键型为主的非晶体结构,非晶转化温度约为673K;在以4.0×1012K/s速度冷却时,系统从673K就开始结晶,并形成以1421和1422二种键型或由这二种键型构成的面心立方（FCC）（12 0 0 0 12 0）和六角立方（HCP）（12 0 0 0 6 6）基本原子团为主的晶体结构,尤其是由1421键型构成的面心立方（12 0 0 0 12 0）基本原子团在晶体生长和微观团簇结构形成过程中占主导地位. 同时发现,冷速对金属Cu系统中的FCC结构和HCP结构的相对比例有显著的影响,冷速越低,FCC基本原子团以及由其构成的团簇结构越多。     

金属铜Cu凝固过程中晶体生长与团簇微观结构演变特性的模拟研究

采用分子动力学方法和Quantum Sutton-Chen（QS-C）多体势,对液态金属铜（Cu）凝固过程中的晶体生长规律及纳米团簇微观结构转变特性进行了模拟跟踪研究．运用Honeycutt-Andersen（HA）键型指数法和新的原子团类型指数法（CTIM-2）分析了金属Cu原子的成键类型和原子团簇结构演变特性.结果发现：当以1.0×1013K/s速率凝固时,系统最终形成晶体和非晶体混合共存结构;在以4.0×1012K/s速度冷却时,系统从673K就开始结晶,并形成以1421和1422二种键型为主的晶体结构;面心立方（FCC）和六角密集（HCP）结构在形成晶体铜时起着非常重要的作用,尤其是由1421键型构成的面心立方（12 0 0 0 12 0）基本原子团在晶体生长和纳米团簇结构形成过程中占主导地位.     

金属铜Cu凝固过程中晶体生长与团簇微观结构演变特性的模拟研究

采用分子动力学方法和Quantum Sutton-Chen（QS-C）多体势,对液态金属铜（Cu）凝固过程中的晶体生长规律及纳米团簇微观结构转变特性进行了模拟跟踪研究．运用Honeycutt-Andersen（HA）键型指数法和新的原子团类型指数法（CTIM-2）分析了金属Cu原子的成键类型和原子团簇结构演变特性.结果发现：当以1.0×1013K/s速率凝固时,系统最终形成晶体和非晶体混合共存结构;在以4.0×1012K/s速度冷却时,系统从673K就开始结晶,并形成以1421和1422二种键型为主的晶体结构;面心立方（FCC）和六角密集（HCP）结构在形成晶体铜时起着非常重要的作用,尤其是由1421键型构成的面心立方（12 0 0 0 12 0）基本原子团在晶体生长和纳米团簇结构形成过程中占主导地位.     

冷速对液态金属Na凝固过程中微观结构影响的模拟研究

采用分子动力学方法对液态金属Na在四种不同冷速下的快速凝固过程进行了模拟跟踪研究.采用双体分布函数g(r)曲线、Honeycutt-Andersen键型指数法和原子团类型指数法对凝固过程中微观结构的变化进行了分析.结果表明：冷却速率对微结构的转变有决定性影响，当冷速为1.0×10¹⁴和1.0×10¹³K/s时，系统形成以1551和1541键型或以缺陷多面体基本原子团(13 1 10 2)和二十面体基本原子团(12 0 12 0)为主体的非晶态结构；当冷速为1.0×10¹²和1.0×10¹¹K/s时，系统则形成以1441和1661键型或以体心立方基本原子团(14 6 0 8)为主体的晶态结构.同时发现：不同冷速对液态金属Na在液态和过冷态时微观结构的影响甚小；但不同冷速对其固态(非晶态利晶态)时的微观结构有显著的影响，且要在液-固转变点(分别在玻璃转变温度T_g和晶化起始温度T_c)附近或以后才能充分展现出来.根据这一特点，有可能建立另一种确定液态金属T_g和T_c的新方法.原子团类型指数法比键型指数法更有利于研究液态、非晶态等无序体系和一些晶化体系的具体结构特征. 关键词： 液态金属Na 凝固过程 分子动力学模拟 原子团类型指数法     

Simulation study for atomic size and alloying effects during forming processes of amorphous alloys

1 Introduction Since amorphous alloys were successfully prepared by Duwez et al.[1] in the 1960s by rapid cooling from the eutectic alloy of Ag-Cu system, the investigation about atomic size and alloying effects during the formation process of amorphous alloys has become such an important area that many people paid a good deal attention. From the experiments that AgxCu1-x alloys formed amorphous structures, Takayama[2] has determined the content range of amorphous alloys, being x = 35—65, …     

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     

冷速对液态金属Ga凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究

采用分子动力学方法对液态金属Ga凝固过程中不同冷却速率对微观结构演变的影响进行了模拟跟踪研究. 运用HA键型指数法和原子成团类型指数法(CTIM)分析了金属原子Ga的成键类型和形成的基本原子团结构. 结果发现，冷却速率对凝固过程中的微观结构起着非常重要的作用. 在以1.0×10¹⁴，1.0×10¹³，1.0×10¹²K/s的速率冷却时，系统形成以与1311，1301键型相关的菱面体结构为主，夹杂着立方体、六角密集等其他团簇结构所构成的非晶态结构；在以1.0×10¹¹K/s的速率冷却时，系统明显发生结晶，其结晶转变温度T_c约为198K，且冷却速率越慢，结晶转变温度T_c越高，形成以与1421键型相关的斜方晶体(经可视化分析确认)为主要构型的晶态结构. 这将为研究液态金属的结晶转变过程提供一种新方法. 关键词： 液态金属Ga 凝固过程 微结构转变 分子动力学模拟     

非晶态合金Cu_xPd_(1-x)形成过程合金效应及微观结构转变特性的模拟研究(英文)

本文根据量子Sutton-Chen多体势,采用分子动力学方法对含有50000个原子大系统液态二元合金Cu_xPd_(1-x)(CuPd的原子半径比为1.14)在快速凝固过程中的微观结构转变特性进行模拟研究.运用Honeycutt-Andersen(HA)键型指数法和原子成团类型指数法(CTIM)分析了液态和固态的微观结构特性.研究结果发现:在7.73×10~(13)K/S冷却速率下,Cu_xPd_(1-x)合金形成以1551、1541和1431三种键型为主的非晶态结构;系统以1551键型和由1551键型构成的(12 0 12 0)二十面体团族在所有的键型和团簇中占主导地位,并且在液态合金Cu_xPd_(1-x)微观结构转变中起着关键性作用.通过分析键型、团簇和平均原子体积,我们发现液态合金Cu_xPd_(1-x)的玻璃转变温度是573K.同时还发现,原子的平均配位数的变化与1551,1441,1661键型的变化趋势相当接近,这反映出体系对称性结构的变化规律与配位数的变化有关.     

Formation and evolution mechanisms of large-clusters during rapid solidification process of liquid metal Al

A molecular dynamics simulation study has been performed for the formation and evolution characteristics of nano-clusters in a large-scale system consisting of 400000 atoms of liquid metal Al. The center-atom method combined with pair-bond analysis technique and cluster-type index method (CTIM) has been applied here to describe the structural configurations of various basic clusters. It is demonstrated that both the 1551 bond-type and the icosahedral cluster (12 0 12 0) constructed by 1551 bond-types are dominant among all the bond-types and cluster-types, respectively, in the system and play a critical role in the microstructure transitions of liquid metal Al. The nano-clusters (containing up to 150 atoms) are formed by the combination of some middle and small clusters with distinctly different sizes, through mutual competition by unceasing annex and evolution in a seesaw manner (in turn of obtaining and losing), which do not occur as the multi-shell structures accumulated with an atom as the center and     

液态金属Ga急冷凝固中微观结构转变的模拟研究

采用分子动力学方法对液态金属Ga的快速凝固过程进行计算机模拟跟踪研究,运用HA键型指数法和原子团类型指数法分析了金属原子Ga的成键类型和形成的基本原子团结构.发现:与通常的液态金属(如Al)相反,随着温度的降低,二十面体及与二十面体相关的1551, 1541键型数目明显下降;与立方体(fcc,bcc),六角密集结构相关的1421,1422键型数目明显增加;而与菱面体相关的1321,1311键型的数目却显著增加,逐渐占据优势.最后形成一种新型的以菱面体结构为主、夹杂着立方体(fcc,bcc)、六角密集(hcp)等团簇结构所组成的非晶态结构.这正是非晶态金属Ga的g(r)曲线分裂的第二峰的顺序为前低后高,而与非晶态金属Al的g(r)曲线(其分裂的第二峰的顺序为前高后低)明显不同的微观结构上的物理根源.