团簇连接对Cu10Ag90快速凝固中晶体结构的影响

快速凝固得到的晶体通常都会形成多种孪晶结构,但其成因一直是一个谜。本文采用分子动力学模拟Cu10Ag90合金在0、20和40 GPa压强下的快速凝固过程,分别形成了五重孪晶、层片状孪晶和复杂晶体,通过最大标准团簇方法(LaSCA)分析了短程有序结构的演变和晶体团簇之间的连接形式。结果发现,结晶转变温度Tc随着压强的增大而升高,平均原子势能也随之增加。非晶共有近邻子团簇(CNS)会在温度降至Tc时转变为晶体CNS,同时晶体团簇数量急剧增加,结构有序度提升。此外,通过分析晶体团簇之间的连接方式发现,五重孪晶中心团簇截边十面体(tDh)只能与具有相同S422的HCP相连形成五重孪晶轴;FCC与HCP有相同的S421,但只能以彼此的顶层或者底层原子作为彼此的中心原子连接形成层片状结构;BCC与FCC、HCP虽然没有共同的CNS,但是可以通过D-S6结构及其变形体连接,其连接方式的多样性是形成复杂晶体的主要原因。这些结果为研究晶体结构不同排列方式提供了新的理解。     

不同冷速下SiGe纳米液滴快速凝固过程中的微观结构演变

采用分子动力学方法模拟了7种不同冷速下Si50Ge50纳米液滴快速凝固过程,利用双体分布函数、原子平均能量、最大标准团簇分析法、键角分布函数、二面角分布及可视化方法等对体系微观结构的演变进行了分析。研究结果表明: 当冷速R≥1×1010 K/s时,系统形成非晶态结构; R≤5×109 K/s时,系统形成以闪锌矿和纤锌矿结构相互嵌套的近似球形的纳米晶体,且纳米液滴起始结晶温度随冷速降低而降低。     

冷速对液态金属Mg凝固过程中微观结构演变的影响

采用分子动力学方法对不同冷速下液态金属镁(Mg)快速凝固过程中的微观结构演变进行了模拟研究.并采用能量-温度(E-T)曲线、双体分布函数、Honeycutt-Andersen键型指数法、原子团簇类型指数法(CTIM-3)以及三维可视化等方法系统地考察了凝固过程中微观结构演变与相转变过程.结果发现:在以冷速为1×10~(11)K/s的凝固过程中,亚稳态bcc相优先形成,随后大量解体,其变化规律符合Ostwald规则,系统最终形成以hcp结构为主体与fcc结构共存,中间还夹杂部分bcc结构的致密晶体结构.在1×10~(12)K/s冷速下,结晶过程呈现迟缓现象,形成bcc结构的初始温度降低,系统形成以hcp居多、与bcc和fcc三相共存的结构,且因相互竞争、相互制约而导致不易形成粗大的晶粒结构.而在1×10~(13)K/s冷速下,系统则形成以1551,1541,1431键型为主的多种非晶态基本原子团组成的非晶态结构.此外,在冷速1×10~(12)与1×10~(13)K/s之间的确存在一个形成非晶态结构的临界冷速.     

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.     

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。     

冷速对液态合金Ca50Zn50快速凝固过程中微观结构演变的影响

采用分子动力学方法对六种不同冷速对原子尺寸相差较大的液态合金Ca50Znso凝固过程中微观结构演变的影响进行了模拟研究,并采用双体分布函数、Honeycutt—Andersen（HA）键型指数法、原子团类型指数法（CTIM一2）、可视化等方法进行了深入分析,结果表明：系统存在一个临界冷速,介于和5×10^11K／s与1×10^11K／s之间,在临界冷速以上（如1×10^11K／s,1×10^11K／s,1×10^11K／s和5×10^11K／s）时,系统形成以1551,1541,1431键型或二十面体基本原子团（12012000）等为主体的非晶态结构;在临界冷速以下时,系统形成以1441和1661键型或bcc基本原子团（1460800）为主体（含有少量的hcp（1200066）和fcc（12000120）基本原子团）的部分晶态结构．在非晶形成的冷速范围内,其总双体分布函数的第一峰明显分裂成与近邻分别为Zn—Zn,Ca—Zn,Ca—Ca相对应的三个次峰;且随着冷速的下降,同类原子近邻的次峰峰值升高、异类原子近邻的次峰峰值下降;Zn原子容易偏聚,随着冷速降低,二十面体的数量增多,非晶态结构也越稳定．在晶态形成的冷速范围内,Zn原子己大量偏聚形成大块bcc晶态结构,Ca原子也部分形成hcp和fcc晶态结构．     

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     

Cu50Ni50合金快速凝固的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法研究了Cu₅₀Ni₅₀合金在不同冷却速度下的凝固过程,利用均方位移、径向分布函数和结构可视化等方法分析其微观结构.并对凝固模型进行拉伸模拟,通过应力应变曲线和直观结构变化分析其性能.研究表明：冷却速度对Cu₅₀Ni₅₀合金凝固形成的结构有较大影响,随着冷却速度的升高,凝固形成的结构中晶体含量减少,在较低的冷却速度下,如冷却1×10¹²K/s时,Cu₅₀Ni₅₀合金凝固形成晶体结构;在较高的冷却速度下,如1×10¹⁴K/s时,Cu₅₀Ni₅₀合金凝固形成非晶体结构,且非晶Cu₅₀Ni₅₀合金的抗拉性能要优于晶体Cu₅₀Ni₅₀合金.     

压强对液态InGaAs快速凝固过程中微观结构变化的影响

采用分子动力学方法模拟不同压强下液态InGaAs的快速凝固过程,并采用双体分布函数、键角分布函数、配位数统计以及可视化等方法,从微观结构的不同层面分析了压强对凝固过程微观结构的影响机制。结果表明：对于InGaAs体系,压强对最近邻和次近邻的原子排布都有影响,但对次近邻原子排列的影响更为明显,通过次近邻原子键角的调整,使得原子排列更加紧密,体系的短程有序度增强。在原子的配位数结构上,随着压强的增加,部分三配位向四配位发生转变,从而使整个体系达到致密的结构。     

压强对液态InGaAs快速凝固过程中微观结构变化的影响

采用分子动力学方法模拟不同压强下液态InGaAs的快速凝固过程,并采用径向分布函数、键角分布函数、配位数统计以及可视化等方法,从微观结构的不同层面分析了压强对凝固过程微观结构的影响机制.结果表明:对于InGaAs体系,压强对最近邻和次近邻的原子排布都有影响,但对次近邻原子排列的影响更为明显,通过次近邻原子键角的调整,使得原子排列更加紧密,体系的短程有序度增强.在原子的配位数结构上,随着压强的增加,部分三配位向四配位发生转变,从而使整个体系达到致密的结构.     

冷却速度对Ga凝固过程的影响的模拟研究

采用分子动力学方法对Ga在相同初始状态下以不同速度冷却的凝固过程中进行了模拟研究。发现：以3.38×1013、3.38×1012K/s的速度冷却,得到非晶态结构;以2.01×1011K/s的速度冷却,发生明显晶化,结晶转变温度约为133K。这一结果,对于如何正确选择冷却速度获得优良材料性能,将具有重要的实际意义。     

冷却速率对液态金属Cu凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究

采用Quantum Sutton-Chen(Q-SC)多体势对液态金属Cu在四个不同冷却速率下的凝固过程进行了分子动力学模拟研究. 通过双体分布函数、键型指数、配位数、均方位移及可视化分析, 结果表明：冷却速率对液态金属Cu的微观结构演变有决定性影响. 当冷却速率为1.0×10¹⁴K/s时得到非晶态结构；当冷速分别为1.0×10¹³K/s，1.0×10¹²K/s和1.3×10¹¹K/s时，系统形成以1421键型为主体的面心立方(fcc)与六角密集(hcp)共存的混合晶体结构；且其结晶温度分别为373K，773K和873K，即冷速越慢，其结晶温度越高，结晶程度也越高；且冷速越慢，1421键型越多，混合晶体中面心立方(fcc)结构所占的比例越高. 同时发现，原子的平均配位数的变化与1551，1441，1661键型的变化密切相关, 反映出体系对称性结构的变化规律与配位数的变化有关. 在可视化分析中，进一步采用中心原子法展现出非晶态与晶体结构的2D截面，及在3D下混合晶体中两个基本原子团分别为面心立方(fcc)与六角密集(hcp)基本原子团的具体结构. 关键词： Q-SC多体势 液态金属Cu 凝固过程 分子动力学模拟     

Corrosion and passivation behavior of Mg-Zn-Y-Al alloys prepared by cooling rate-controlled solidification

Highly corrosion-resistant nanocrystalline Mg-Zn-Y-Al multi-phase alloys have been prepared by consolidation of rapidly solidified (RS) ribbons. The relation between corrosion behavior and microstructure evolution of Mg-Zn-Y-Al alloys with a long period stacking ordered phase has been investigated. In order to clarify the influence of rapid solidification on the occurrence of localized corrosion such as filiform corrosion, several Mg_96.75Zn_0.75Y₂Al_0.5 (at.%) alloys with different cooling rates are fabricated by the gravity casting, copper mould injection casting and melt-spinning techniques and their corrosion behavior and microstructures are examined by the salt water immersion test, electrochemical measurements, GDOES, XRD, SEM and TEM. To clarify the effect of aluminium addition on the improvement in corrosion resistance of the alloys, several Mg_97.25−xZn_0.75Y₂Al_x alloys with different aluminium contents are fabricated by consolidating RS ribbons and the formation of corroded films on the Mg-Zn-Y-Al alloys have been investigated. Rapid solidification brings about the grain refinement and an increase in the solid solubility of zinc, yttrium and aluminium into the magnesium matrix, enhancing microstructural and electrochemical homogeneity, which in turn enhanced corrosion resistance. The addition of aluminium to magnesium can modify the structure and chemical composition of surface films and improves the resistance to local breakdown of the films.     

Cooling of Al-Cu-Fe-Cr-Ni high entropy alloy with different size

Cooling rate is critical in synthesizing nanoparticles (NPs), which determines the microstructure and the corresponding mechanical, thermal and electrical properties. This research, as the most initiative one, studies microstructure formation of three different sized high entropy alloy (HEA) NPs under three different cooling rates, employing molecular dynamics (MD). Through analysis of potential energy, “common neighbor analysis”, radial distribution function, and also the mean square displacement, it is found that phase transition temperature is independent of HEA NP size, and as cooling rate decrease, more amorphous atoms transform to fcc and hcp orders, which can alternate the mechanical and thermodynamic properties of the final structure. The Cr atoms are found to aggregate into one cluster inside the NP and also try to migrate to the surface of the HEA NP, due to the large diffusivity. This research provides new insights in the size dependency of the nanoparticles, which may motivate more applications in which the strong size dependency is not desirable.     

The effect of pressure on the elastic constants of Cu, Ag and Au: a molecular dynamics study

This paper describes the effect of pressure on some the mechanical properties of transition metals Cu, Ag, and Au, such as elastic constants and bulk modulus. Using molecular dynamics (MD) simulation, the present study was carried out using the modified many-body Morse potential function expression in the framework of the Embedded Atom Method (EAM). The effect of pressure on equilibrium volume, elastic constants, and bulk modulus were determined, and found to be in agreement with other theoretical calculations and experimental data.     

The relationship between absorption coefficient and temperature and their effect on the atmospheric cooling rate

Several approaches are considered to determine the temperature effect on the absorption coefficient within a correlated k-distribution method. Taking in the 610- region for example, the absorption coefficients and atmospheric cooling rates calculated using these approaches are compared with line-by-line integration. It is emphasized in this paper by numerical calculation that the effect of pressure on absorption coefficient is related to temperature and vise versa; the larger the pressure, the larger the effect of temperature on absorption coefficient. Results show that the temperature effect must be considered in radiative calculations although its effect on the absorption coefficient is much smaller than that of pressure.