液態(tài)金屬鋅凝固過程中微觀結(jié)構(gòu)演變的模擬研究.pdf

1、本文采用分子動力學(xué)模擬方法，對包含不同原子數(shù)目的液態(tài)金屬Zn系統(tǒng)的快速凝固過程進(jìn)行模擬研究。結(jié)合雙體分布函數(shù)、鍵型指數(shù)法、團(tuán)簇類型指數(shù)法(CTIM-2)和微觀可視化等分析方法對其快速凝固過程中微觀結(jié)構(gòu)的演變特性進(jìn)行深入分析。 首先，我們對包含1000個原子的液態(tài)金屬Zn小系統(tǒng)在兩個不同冷速下的凝固過程進(jìn)行了模擬研究，探討了系統(tǒng)形成的非晶和晶態(tài)結(jié)構(gòu)在鍵型、團(tuán)簇等微觀結(jié)構(gòu)方面的不同。發(fā)現(xiàn)液態(tài)金屬Zn在快速凝固時，形成以1551 、1

2、541、1431鍵型為主體的非晶結(jié)構(gòu)；當(dāng)較慢冷速凝固時，形成以1421、1422鍵型為主的fcc和hcp相共存的晶態(tài)結(jié)構(gòu)，同時也存在一定比率的1311鍵型結(jié)構(gòu)組態(tài)。且在fcc和hcp共存的晶態(tài)結(jié)構(gòu)中，其fcc、hcp原子團(tuán)簇分別呈層狀排列，多層排列的fcc團(tuán)簇通過雙層排列的hcp團(tuán)簇原子層嵌套鏈接在一起的，從而構(gòu)成了整體晶化程度很高的晶態(tài)結(jié)構(gòu)。 繼而，我們對液態(tài)金屬Zn在四個不同冷速下的凝固過程進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：液態(tài)金屬Zn

3、凝固過程中的晶化溫度Tc。明顯隨著冷速的降低而升高。但同時發(fā)現(xiàn)，冷速對系統(tǒng)的平均原子總能量、系統(tǒng)的晶態(tài)微觀結(jié)構(gòu)的影響呈現(xiàn)出非線性變化關(guān)系，究其原因，可能是由于尺寸效應(yīng)引起的。 最后，為了減少尺寸效應(yīng)，我們把系統(tǒng)的原子數(shù)目增加至10000個，并對該系統(tǒng)在六種不同冷速下快速凝固形成非晶過程進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：非晶轉(zhuǎn)變溫度Tg和系統(tǒng)的平均原子總能量均隨著冷速的降低而降低。且發(fā)現(xiàn)冷速對系統(tǒng)微觀結(jié)構(gòu)演變的影響在系統(tǒng)處于液態(tài)和過冷液態(tài)時并