工艺参数对Ni/Fe金属热喷涂影响的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究不同工艺参数下热喷涂材料的沉积现象。模拟温度、团簇尺寸和喷涂速度对Fe基体上Ni团簇沉积的影响,分析团簇的形貌和基底的亚表面损伤。结果表明,在Ni团簇升温过程中,熔点随团簇尺寸增大而增高,Ni团簇在1800 K左右完全熔融。喷涂过程中,基体因冲击力至无序原子呈“山”型。此外,喷涂速度在沉积过程中起重要作用。在较低喷涂速度下,基体的展平比较低,但在较高喷涂速度下,基体受团簇冲击后会出现空位和原子团簇等缺陷。因此,热喷涂过程存在临界喷涂速度机制。     

Fe-Cu合金基体损伤的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟了压力容器模型材料Fe-0.05Cu和Fe-0.3Cu合金的级联碰撞过程.研究了辐照导致的缺陷构型及其特征能量、Cu的空位迁移机理、Cu含量对初始损伤的影响、辐照温度对间隙原子团簇和空位团簇的影响等.结果表明,Cu对级联碰撞产生的缺陷数量、湮灭和复合没有明显影响,但可降低空位迁移能.辐照温度对团簇有明显影响.     

分子动力学模拟铜纳米团簇的结构稳定性

利用分子动力学研究了原子数为13～1 055的铜纳米团簇.结果表明:随着尺寸的减小,铜纳米团簇的结构发生晶体→非晶→晶体→非晶→晶体→非晶的转变.团簇平均原子结合能随着尺寸的减小而减小,且只依赖于短程有序,这说明了团簇平均原子结合能一般不能够作为非晶与密堆结构晶体转变的判据.平均原子间距不但依赖于团簇的尺寸,且对团簇结构的变化敏感,可以作为非晶与密堆结构晶体转变的一个判据.对偶分布函数的研究表明,大尺寸团簇的内部和表层原子结构都表现出晶格收缩效应,且不同于相应块体晶格,这表明了目前文献中关于团簇的块体加表面模型与壳核模型都有待改进.     

高压下金属钨固-固相变的分子动力学模拟（英文）

采用分子动力学模拟研究高压下金属钨快速凝固过程中的相变,并用双体分布函数和最大标准团簇分析法(LSCA)对其结构进行分析。在冷却速率为0.1 K/ps、压强40～100 GPa下纯钨熔体首先结晶成体心立方(BCC)晶体,然后经过一系列BCC-HCP共存的中间态,转变成六方密排(HCP)晶体。动力学因素可能导致液-固相变过程包含中间态;而在BCC向HCP转化的过程中,纵横交错的晶界导致很多难以区分的中间相,从而使本为一级相变的固-固转变看起来像是连续相变。作为一种与参数无关的结构分析方法,LSCA能识别拓扑密堆结构和计算其平均截止距离等参数来探测无序体系中的关键结构演变。     

Cu熔体中原子团簇在凝固过程中的演变规律分子动力学模拟

用分子动力学模拟研究了Cu熔体以不同速率冷却微观结构的演变规律.结果表明,冷却速率在10^12.6K/s到10^14.5K/s之间时,Cu熔体凝固后形成了非晶体与晶体的混合体;Cu熔体中的原子团簇、临界晶核及凝固后晶体的结构均是由hcp和fcc结构层状镶嵌排列构成,这说明Cu凝固后形成的层状镶嵌结构起源于形核阶段;冷却速率小于10^13.3K/s时,Cu层状镶嵌结构中具有fcc结构的原子数多于hcp结构的原子数,而冷却速率大于10^13.3K/s后,hcp结构的原子数多于fcc结构的原子数;Cu非晶基体中晶态结构原子团簇的尺寸小于临界晶核尺寸时,虽然用HA键型指数法能确定出一定数量晶态结构原子键对的存在,但径向分布函数反映不出其晶态结构的特征.     

熔融Cu55团簇在冷却过程中结构变化的分子动力学模拟

应用分子动力学研究了一个熔融Cu55团簇冷却过程中变为二十面体的结构变化.根据原子密度分布函数和对分布函数随温度变化的分析表明,在降温过程中由于原子之间连续地交换位置,团簇结构发生了三个阶段的变化:首先形成三壳层结构,继之初步形成四壳层结构,并在团簇内部开始形成由13个原子组成的二十面体结构,最终形成原子分布于4个壳层内具有二十面体结构的CU55团簇.模拟中由原子密度分布函数确定了不同壳层的原子位置.     

纳米尺度铜团簇在升温过程中结构变化的分子动力学研究

应用正则系综分子动力学方法和嵌入原子势函数,模拟计算了在升温过程中纳米尺度铜团簇Cun(原子数n=531,603,683)原子径向密度分布函数ρ(r)及原子的平均能量随温度的变化.在将团簇沿其径向分为表层、近表层、内层Ⅰ和内层Ⅱ四个区域后,研究了在升温过程中纳米尺度铜团簇表层及内部区域结构变化.结果表明,团簇Cu603在温度为770 K时团簇表层区域原子的结构部分处于无序状态,部分保持有序结构,且这种有序和无序共存的状态一直持续到1000 K,而在这一温度区间内,近表层和内层原子的结构仍总体保持有序结构;在1000-1100 K温度区间内,各区域原子的平均能量均经历一个N形变化后,当温度为1080 K时团簇各区域内原子的结构已变为无序,但沿径向方向表现为层状分布;直到1500 K时,团簇的层状分布特征消失.团簇Cu531和Cu683具有相似的结果.     

ZnxAl100-x合金快凝过程中微结构演变特性的分子动力学模拟

采用分子动力学方法对液态Zn_xAl_100-x（x=25,50,75）合金的快速凝固过程进行了模拟,并通过键型指数与原子团类型指数表征和分析了凝固过程中熔体微观结构的演变特性.结果表明,在冷速1×10¹²K/s下,3种成分的Zn-A1合金都形成了以1551键对和二十面体（12 0 12 0 0 0）基本原子团为主体的非晶结构,并且在玻璃转变温度T_g附近熔体中1551键对和二十面体基本原子团的数目最多;随Zn含量增加,合金玻璃转变温度T_g、非晶形成能力和化学短程序参数降低.对应不同成分的合金,Zn和A1呈现不同程度的偏聚与团簇化趋势.     

Cu_4Ni_6合金均质形核的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,研究了不同过冷度下Cu4Ni6二元合金均质形核的微观过程,确定了临界晶核的大小与结构。结果表明,在形核初期,体系中会出现大量不稳定的晶胚,通过结构起伏和成分选择,最终形成稳定晶核。晶核近似具有原始合金的成分。晶核由大量FCC结构原子和少量HCP结构原子组成。两种原子各自呈层状排列。正二十面体结构不参与合金的实际形核过程。随着过冷度的增加,晶核大小逐渐降低,但形核开始时间呈先减少后增加的趋势。     

纳米Fe颗粒对液态Fe凝固过程影响的分子动力学研究

采用分子动力学方法研究了纯Fe材料中嵌入固相Fe纳米团簇后的凝固过程。结果表明,嵌入的纳米团簇能够显著降低过冷度,凝固得到的Fe的结构为γ-Fe。当凝固发生时,嵌入的Fe纳米团簇能够保持其形状。凝固过程首先从纳米团簇与Fe液的界面处开始发生,其形核长大阶段会交替出现稳定的FCC层和亚稳的FCP层。随后在结构弛豫阶段,大部分亚稳态FCP结构会逐渐转变成稳态的FCC结构。嵌入纳米团簇的结构能决定Fe液在凝固过程中的晶格取向和结构演化以及凝固的最终结构。     

金属晶体间微观滑动摩擦特性的分子动力学模拟

根据独立振子模型的能量耗散机理,以光滑干摩擦接触平面为对象,利用金属晶体的强体积效应特征,构造了简化计算的界面势能模型,分析了在界面摩擦状态下能量非连续耗散过程,建立了简化计算滑动摩擦力与摩擦因数模型。从瞬间原子位置图和系统能量方面,进行计算模拟和试验对比验证,结果表明:当接触界面势能处在某个谷底时,滑块受静摩擦力,界面间发生相对运动,滑块变为受滑动摩擦力作用;摩擦力按基本不变的斜率增加到某一值后突然降低,而后变化呈现一定的周期性;随着滑动的逐渐进行,运动体与基体表面的温度逐渐增加而后趋于稳定,两表面存在温度差;滑动后界面平均接触压力明显下降,而后趋于平缓。     

金属晶体间微观滑动摩擦特性的分子动力学模拟

根据独立振子模型的能量耗散机理,以光滑干摩擦接触平面为对象,利用金属晶体的强体积效应特征,构造了简化计算的界面势能模型,分析了在界面摩擦状态下能量非连续耗散过程,建立了简化计算滑动摩擦力与摩擦因数模型。从瞬间原子位置图和系统能量方面,进行计算模拟和试验对比验证,结果表明：当接触界面势能处在某个谷底时,滑块受静摩擦力,界面间发生相对运动,滑块变为受滑动摩擦力作用;摩擦力按基本不变的斜率增加到某一值后突然降低,而后变化呈现一定的周期性;随着滑动的逐渐进行,运动体与基体表面的温度逐渐增加而后趋于稳定,两表面存在温度差;滑动后界面平均接触压力明显下降,而后趋于平缓。     

高压条件下Pd-Ni合金熔体非晶形成过程及微观结构演化的分子动力学研究

利用分子动力学模拟方法,模拟了高压对Pd55Ni45合金非晶形成能力及快冷过程中局部结构的影响.在压力作用下,形成非晶的临界冷却速率明显下降.随着压力的增大,在相同的冷却速率下,体系中形成的团簇更多的是理想二十面体结构,不是缺陷二十面体结构.     

氯化镁熔盐的分子动力学模拟

根据包括离子间极化作用势在内的离子间热对氯化镁熔盐做了分子动力学模拟，计算出的偏径向分布函数与中子衍射结果大致符合，计算机结果表明，熔体中存在微观分布不均匀的缝隙，Ｍｇ＾２＋周围的Ｃｌ＾－离子数分布在２与６之间，熔盐含有ＭｇＣｌ３＾－和ＭｇＣｌ＾２４－离子。     

氯化镁熔盐的分子动力学模拟

根据包括离子间极化作用势在内的离子间势对氯化镁熔盐做了分子动力学模拟．计算出的偏径向分布函数与中子衍射结果大致符合．计算结果表明，熔体中存在微观分布不均匀的缝隙，Ｍｇ２＋周围的Ｃｌ－离子数分布在２与６之间．熔盐含有和离子．     

钢液环境对Ti- O团簇形貌影响的分子动力学模拟

钢中细小、弥散分布的钛氧化物可以诱导晶内铁素体的形成,提高钢的力学性能。通过分子动力学方法模拟研究了Ti-O团簇长大演化成为钛氧化物的过程,并探究了钢液环境与空位对Ti-O团簇形貌的影响。结果发现：在真空中以球状结构稳定存在的Ti-O团簇在钢液中呈蠕虫状或树枝状。通过比较低能Fe原子在Ti-O团簇周围和钢液中的分布,发现在团簇内O原子周围0.25～0.30 nm范围内Fe原子出现聚集,说明钢液中Fe原子对Ti-O团簇中的O原子产生作用,使Ti-O团簇形貌发生变化。空位易在距离Ti-O团簇表面0.45 nm范围内聚集,空位扩散加速了Ti-O团簇的碰撞长大。     

分子动力学模拟技术及其在金属熔体结构研究中的应用

介绍了分子动力学模拟技术的基本原理、模拟过程及广泛使用的原子间相互作用势函数,综述了该方法在研究金属熔体结构方面的最新成果及今后的发展方向.     

Cu-50%Ni合金快速凝固过程中原子团簇演变的分子动力学模拟

采用NPT分子动力学模拟方法,应用周期边界条件,模拟了Cu-50％Ni(原子分数)合金熔体在不同冷却过程中原子团簇的演变情况,给出了以1×1014K/s冷速冷却至室温时Cu-50％Ni非晶体系中存在的各种结构单元,并研究了Cu,Ni原子在这些结构单元中的排列情况.结果表明,较高冷速下形成的非晶具有较高的能量和较高的非晶转变温度(Tg).在冷却过程中,原子间的短程作用逐渐加强,PCF图第一峰值逐渐增大. 1551键对在非晶体系中占主导地位,且受冷速影响较大.体系中除了正二十面体外,还存在着各种缺陷多面体,其中含1551键对较多的缺陷多面体其数目也较多. FK多面体与Bernal多面体数目始终很少.大原子(Cu)易于占据多面体顶点,而小原子(Ni)则倾向于占据各多面体中心较大的空隙.随着冷速的降低,各多面体数目均有不同程度的下降.     

过冷Ni3Al熔体形核的分子动力学模拟

用分子动力学模拟方法研究了过冷Ni3Al熔体的微观结构演变过程和晶态相形核的动力学细节.结果表明,非晶团簇在形核前已经消失,不参与形核过程;晶核为fcc结构和hcp结构的混合体,呈现不规则形状.     

分子动力学模拟金属玻璃压痕过程的应力晶化行为

采用Mishin镶嵌原子势,通过分子动力学方法模拟金属玻璃在压痕过程中的晶化行为,从微观结构演化的角度考察应力晶化过程中晶粒的形核、长大与合并的过程。局部较大剪切应力导致内部临近的非晶原子形成晶核,发生晶粒生长与合并的区域与Hertz理论符合。最终生成的晶粒具有面心立方结构,其(111)方向平行于剪切面。计算结果与文献中的实验现象一致,并且符合最小能量准则。