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     

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.     

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     

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     

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     

二元液态金属Cu-Ni和Ag-Cu凝固过程的分子动力学模拟研究

用Quantum Sutton-Chen多体势对Ag6Cu4和CuNi液态金属凝固过程进行了分子动力学模拟研究.在冷却速率2×1012到2×1014K/s范围内,CuNi总是形成fcc晶体结构,而Ag6Cu4总是形成非晶态结构.考虑到CuNi及AgCu中原子半径之比分别为1.025和1.13,那么模拟结果证实了原子的尺寸差别是非晶态合金形成的一个主要影响因素.此外采用键对及原子多面体类型指数法对凝固过程中微观结构组态变化的分析,不但能说明二十面体结构在非晶态合金形成和稳定性中所起的关键作用,又有助于对液态金属的凝固过程、非晶态结构特征的深入理解.     

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     

熔体初始温度对液态金属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熔体初始温度热历史条件对液态金属Na凝固过程中微观结构的影响，进行了模拟研究，并采用双体分布函数g(r)曲线、键型指数法和原子团类型指数法对凝固过程中的微观结构进行了分析.结果表明：液态金属Na在不同熔体初始温度条件下以1×10¹¹K/s冷速凝固时，均形成晶化结构，其中1661和1441键型或体心立方基本原子团(14 6 0 8)在凝固过程中对微观结构的转变起决定性作用.同时发现：熔体初始温度对凝固微结构有显著影响，而对液态和过冷态的微观结构影响并不明显，只有在晶化起始温度T_c附近才充分地展现出来.不同熔体初始温度对凝固结构的晶化程度有不同的影响，虽其影响程度是随着熔体初始温度的下降呈非线性变化关系的，但仍表明是可以通过改变熔体初始温度来加以控制的.原子团类型指数法(比键型指数法)更进一步表征了晶化体系中原子团的结构特征，将有利于对液态金属凝固过程中微观结构的转变机理进行更为深入的研究.     

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.     

Ni熔体凝固过程中临界晶核和亚临界晶核的分子动力学模拟

本文用分子动力学模拟研究了Ni熔体以不同冷速凝固后微观结构的演变规律, 并通过理论计算确定出了Ni熔体凝固后获得理想非晶的临界条件. 模拟结果发现冷速小于10¹¹ K/s时, Ni 熔体凝固后形成晶态组织; 冷速在10¹¹ K/s到10^14.5 K/s之间时, Ni熔体凝固后形成由晶态结构与非晶态结构组成的混合组织. 冷速小于10¹⁰ K/s, Ni 熔体凝固后形成的晶态组织具有fcc结构; 冷速在10¹⁰ K/s到10^14.5 K/s之间时, Ni熔体凝固后组织中的晶态由fcc和hcp结构层状镶嵌排列构成. 通过分析模拟结果和计算结果, 确定出了Ni熔体凝固后形成理想非晶的临界冷速为10^14.5 K/s. 并发现Ni熔体中临界晶核(冷速等于10^14.5 K/s)和亚临界晶核(冷速大于10^14.5 K/s) 均由fcc和hcp组成层状偏聚结构, 这表明Ni熔体中生长的晶体、临界晶核和晶胚的结构是相同的. 关键词： 分子动力学模拟 晶体团簇 临界冷速 结构     

Solidification microstructure of AZ91D Mg alloy after laser surface melting

The solidification microstructure plays a critical role in determining the surface properties of laser-treated magnesium alloys. The purpose of this paper is to study the solidification microstructures of AZ91D Mg alloy following millisecond- and nanosecond-pulse Nd:YAG laser irradiation. The solidification microstructural evolution of laser-melt AZ91D Mg alloy was investigated using X-ray diffractometry, scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectrometer and transmission electron microscopy. Much refined α-Mg phase and β-Mg₁₇Al₁₂ intermetallics were observed in the microstructure after laser surface melting. Periodic and successive structure was observed in the millisecond irradiated surface and the melt depth was more than 100 μm. The solidification microstructure was mainly cellular/dendrite structures together with a large number of β-Mg₁₇Al₁₂ nano-particles. Micron holes were found in the nanosecond irradiated surface and the melt depth was shallow at 50 μm. Millisecond-pulse Nd:YAG laser was found to be more suitable for Mg alloy surface treatment due to sufficient melt depth.     

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.     

Molecular dynamics simulation of polyhedron analysis of Cu–Ag alloy under rapid quenching conditions

In this study, the formation mechanism of polyhedron clusters in Cu₅₀Ag₅₀ binary alloy system consisting of 50 000 atoms has been investigated by using molecular dynamics simulations based on embedded atom method (EAM) during the rapid cooling processes. The cluster-type index method (CTIM) has been used to describe the evaluation properties of clusters and the structural development has been investigated by using radial distribution function (RDF). The simulation results show that the amorphous phase is formed by the main bonded pairs of 1551, 1541 and 1431 in the system, and ideal icosahedral (icos) cluster (12 0 12 0) and other basic polyhedron clusters, such as defective icos, Frank–Kasper, Bernal polyhedron, play a critical role under the rapid cooling conditions. The results of our simulations that have been disclosed show that high cooling rate favors the icos and defective icos clusters for model alloy system.     

Formation of the metastable phase upon crystallization of light amorphous Mg-Ni-Y alloys

The decomposition of the amorphous phase upon heating of the Mg₈₇Ni₁₃ and Mg₈₃Ni₁₃Y₄ amorphous alloys prepared by rapid quenching of the melt is investigated. The nanocrystalline structure is formed at the first crystallization stage and contains crystals of magnesium and the metastable phase. The structure of the metastable phase (the lattice parameters and space group) is determined. The possible chemical compositions of the metastable phase are considered. No differences are revealed in the structures of the metastable phases in the yttrium-containing and yttrium-free alloys. Heating of the alloys results in decomposition of the metastable phase. After completion of the transformations, the alloy structure consists of Mg and Mg₂Ni in accordance with the equilibrium phase diagram.