體心立方過渡金屬中空位形成與遷移的改進(jìn)分析型嵌入原子法模擬.pdf

1、空位是金屬晶體中一種非常重要的點(diǎn)缺陷。當(dāng)金屬內(nèi)部和表面存在空位時，直接影響金屬的物理、化學(xué)和機(jī)械性能。在固體相變，裂縫形成與增長，位錯和界面遷移過程中，原子擴(kuò)散的主要機(jī)制是空位的遷移。許多表面現(xiàn)象，如擴(kuò)散、表面粗糙和偏析、氧化、腐蝕和晶體生長等直接與其表面空位有關(guān)。因而長期以來對金屬晶體中空位的研究引起了人們廣泛的興趣，并展開了各種理論與實(shí)驗(yàn)工作。 本文應(yīng)用改進(jìn)分析型嵌入原子法(MAEAM)結(jié)合計算機(jī)模擬計算了體心立方(BCC)

2、過渡金屬Fe、W、Mo、Cr、Ta、Nb和V中單空位的形成能，雙空位和三空位結(jié)構(gòu)的形成能和結(jié)合能，三個低指數(shù)表面最上層的單空位和空位吸附原子對的形成能以及以W(001)、W(110)和Fe(111)表面為代表的單空位在表面層上的形成能、遷移能和自擴(kuò)散激活能。從能量最小化觀點(diǎn)，對體內(nèi)的雙空位和三空位理想構(gòu)型，表面空位吸附原子對的擇優(yōu)形成機(jī)制以及W(001)、W(110)和Fe(111)表面層上單空位的擇優(yōu)形成和遷移機(jī)制做了詳細(xì)的討論。結(jié)論

3、如下： (1) 體心立方過渡金屬內(nèi)，兩個空位構(gòu)成的第一最近鄰(FN)和第二最近鄰(SN)以及三個空位構(gòu)成的兩個第一最近鄰和一個第二最近鄰的[112]結(jié)構(gòu)分別與其他雙空位和三空位結(jié)構(gòu)相比較是最為穩(wěn)定的構(gòu)型。所以得出體心立方金屬內(nèi)部存在空位聚集趨勢。 (2)單空位或空位吸附原子對形成能對于不同的金屬是不同的，且每種金屬三個低指數(shù)表面最上層的單空位和空位吸附原子對的形成能均按照面間距(原子面密度)增加的順序(111)→(100

4、)→(110)依次增加，即就是原子密度越大的表面對應(yīng)的形成能越大；對于(111)表面負(fù)的單空位和空位吸附原子對形成能表明這些點(diǎn)缺陷可以自發(fā)的在(111)表面形成；對于每種金屬的每個低指數(shù)表面，空位吸附原子對形成能均低于單空位形成能，所以，空位吸附原子對比單空位更容易形成。 (3) 對于W(001)、W(110)以及Fe(111)表面，空位在表面第一層很容易形成并進(jìn)行層內(nèi)遷移，這和實(shí)驗(yàn)所得的表面第一層空位聚集程度最高的結(jié)果相一致。