超常條件下熔體的結構演變.pdf

1、本文采用分子動力學(MD)模擬的方法，利用EAM、TB作用勢，對壓力、剪切力等超常條件下金屬的微觀結構演變及過冷液體的動力學參數(shù)進行了研究。 在不同壓力下分別以TB和EAM作用勢對純金屬Au和NiAl合金的快速冷卻過程進行了MD模擬，結果表明，壓力對液態(tài)體系的結晶/非晶轉變過程有很大的影響，壓力不同，體系的冷卻產物有很大的差別，體系偶分布函數(shù)的變化更加清晰的體現(xiàn)了這一點。高壓使團簇尺寸縮小，原子的最近鄰距離減小。在冷卻過程中團簇

2、的種類和數(shù)量在不同的壓力下也發(fā)生了不同的變化，通過鍵對分析可以看出，當壓力低于某一數(shù)值時，表征二十面體結構的1551、1541鍵對能夠形成并保留至低溫，壓力對非晶結構的形成起了促進作用，低溫下體系轉變?yōu)榉蔷ЫY構，且玻璃轉變溫度隨壓力呈線性增長；壓力超過該值時，體系在快速冷卻過程中結晶趨勢增強，體系低溫下將生成晶體。高壓作用下液態(tài)體系的結構變得更加復雜，體系在快速冷卻后結構發(fā)生了明顯改變。 采用J.Mei的EAM作用勢對液態(tài)Al在

3、不同剪應力條件下的結構變化進行了模擬。體系以6.25×1012K/s的冷速從1500K冷卻至400K，當向體系施加剪切力時，連續(xù)的能量-溫度曲線上出現(xiàn)陡降，剪切體系最終在低溫下形成晶體結構，能量發(fā)生突降時的轉變溫度隨剪切力的增大而升高，這是局部能量壁壘降低的結果。通過偶分布函數(shù)發(fā)現(xiàn)，剪切力的加入提高了高溫液態(tài)體系的無序度，使原子最近鄰距離減??；從鍵對分析的結果中發(fā)現(xiàn)，在非剪切體系中表征FCC晶體結構的1421鍵對在低溫下占主要地位；而在

4、剪切體系中，晶體結構和二十面體結構數(shù)量相當，當溫度低于800K時，體系中有相當數(shù)量的標志BCC晶體結構的1661+1441鍵對。剪切力加入后體系結構發(fā)生了明顯的改變，正是這種結構的轉變導致了體系的能量發(fā)生突變。 對純Ni體系在兩種不同冷卻條件下的動力學參數(shù)進行了模擬計算，對過冷液體馳豫、結晶、非晶形成之間的關系進行了初步的探討。MD模擬結果表明，冷卻速度對體系的凝固產物有重要的影響，當冷速為1.9×1012K/s時，體系在低溫下

5、形成晶體，凝固溫度Ts約為990K；而冷速為5.7×1012K/s時，體系冷卻形成非晶態(tài)，玻璃轉變溫度Tg約為670K。計算了不同溫度下三種相關函數(shù)MSD、Fs(k，t)和NGP隨時間變化的數(shù)值，由此確定了體系冷卻過程的基本弛豫過程。弛豫與結晶、非晶形成之間彼此密切相關，在非晶轉變過程中，原子通過平衡位置附近的擴散重排達到最終的亞穩(wěn)態(tài)，液體動力學發(fā)生停滯的β弛豫區(qū)對非晶的形成有重要的影響，在β弛豫區(qū)內原子的運動受到短時局限，體系的不均勻