雜質(zhì)在Al中擴(kuò)散行為的理論研究.pdf

1、冶金過程中的許多現(xiàn)象和性質(zhì)都與原子遷移擴(kuò)散有關(guān)。研究原子的擴(kuò)散行為有助于了解固態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)以及缺陷在晶體中的行為。鋁合金是生產(chǎn)和生活中常見的合金，因此研究雜質(zhì)及其缺陷在鋁合金中的擴(kuò)散行為是很有必要。
　　 本文的計算是在基于密度泛函理論(DFT)的VASP程序下進(jìn)行的。首先，采用局域密度近似(LDA)和廣義梯度近似(GGA)通過計算鋁原子在單空位擴(kuò)散機(jī)制下的自擴(kuò)散過程中的所有微觀參數(shù)來得到鋁的自擴(kuò)散系數(shù)D，其中這些微觀參數(shù)包括晶

2、格常數(shù)a0、空位形成能E、空位形成熵Sf躍遷激活能Em和擴(kuò)散激活能Q。計算出來的空位形成能E廠、擴(kuò)散激活能Q和自擴(kuò)散常數(shù)D0都與實(shí)驗(yàn)值符合的很好。其中對于模擬自擴(kuò)散過程，采用局域密度近似(LDA)要比采用廣義梯度近似(GGA)更接近于實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　 其次，模擬計算了雜質(zhì)鐵(Fe)在鋁中的擴(kuò)散。由于雜質(zhì)Fe原子的引入，在模擬計算過程中采用了LeClaire的五頻率模型來描述Fe原子以及空位周圍其他Al原子的擴(kuò)散行為。在不同的躍遷

3、下，躍遷激活能越大所對應(yīng)躍遷過程中處于鞍點(diǎn)的有效振動頻率越大。計算出來的Fe在Al中擴(kuò)散常數(shù)D01以及擴(kuò)散激活能Q與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得很好。
　　 最后，研究了Li原子在金屬間化合物L(fēng)iAl中的擴(kuò)散。在LiAl中引入不同的缺陷對體系的態(tài)密度和電荷密度的影響都不一樣。相比之下，Li缺陷的引入對體系的影響要比Al缺陷的引入對體系的影響較小。本文計算出來的Li在LiAl中擴(kuò)散常數(shù)D01以及擴(kuò)散激活能Q與Cucinotta等人采用分子動力學(xué)