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.     

液态金属高温结构转变特性的模拟研究

对液态金属Al的高温结构转变特性进行了分子动力学模拟研究,获得各种键型原子组态变化的重要结果.并利用Honeycutt-Anderson键型指数所定义的小原子团类型与一定的有序度相对应的观点,对模拟结果及其在选择恰当的材料凝固起始温度中的重要指导作用,进行了相应的讨论. 关键词：     

Simulation study on the formation and transition properties of cluster structures in liquid metals during rapid cooling processes

For the first time, a molecular dynamics simulation study has been performed for a liquid metal system consisting of 50000 atoms to deeply investigate the transitions of microstructure configurations dudng the rapid cooling processes. Especially, the cluster-type index method has been adopted to analyze the transforming and evolving processes of clusters and cluster configurations from liquid metal atoms. It has been found that the bigger cluster configurations in the system are formed by means of connecting some small clusters (they are combined by several smaller clusters), and not taken on the multi-shells configuration accumulated with an atom as the center and the surrounding atoms arranged according to some fixed pattern. With the decrease in temperature, the probability of repetitive appearance for clusters increases largely, which reveals that clusters are indeed possessing a certain relative stability and continuity (namely hereditary effect). These results will give us an important enlightenment to understand not only the forming mechanisms and microscopic processes of the short-order sections and disorder sparse sections in amorphous structures but also the freezing processes of liquid metals.``     

液态金属结构变化的分子动力学模拟研究

随着计算机技术的飞速发展，已有可能将分子动力学方法应用于液态金属微观结构组态瞬时变化的定量模拟研究，使这一极为复杂的微观过程呈现出一幅十分清晰的物理图象，并已取得了许多重要的成果［1－4］．本文在作者原有工作的基础上［2－4］，对液态金属Al的结构变化进行了分子动力学计算机模拟研究，得到一幅非常清晰的关于金属熔融后继续升温过程中结构组态如何逐步变化的图景：随着温度的升高，其与高有序度相关的键型数目越来越少，而与无序度相关的键型数目却不断增加，即系统的总趋势是无序度增加．但却发现，即使在达到1773K（1．9…     

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.     

Icosahedral medium-range order formed in Mg70Zn30 metallic glass: a larger-scale molecular dynamics simulation

A larger-scale Mg70Zn30 alloy system including 100000 atoms has been simulated by using the molecular dynamics method to investigate the icosahedral medium-range order (IMRO) formed in the Mg70Zn30 metallic glass. It is found that the simulated pair distribution function of Mg70Zn30 metallic glass is in good agreement with the experimental results. The glass transition temperature Tg is near 450 K under the cooling rate of 1×1012 K/s. The icosahedral local structures play a critical role in the formation of metallic glass, and they are the dominant local configurations in the Mg70Zn30 metallic glass. The IMRO in the Mg70Zn30 metallic glass is characterized by certain types of extended icosahedral clusters combined by intercross-sharing atoms in the form of chains or dendrites. The size distributions of these IMRO clusters present a magic number sequence of 19, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39,. . . , and the magic clusters can be classified into three types according to their compactness. The IMRO clusters grow rapidly in a low-dimensional way with cooling, but this growth is limited near Tg.     

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