金属学报  2012, Vol. 48 Issue (6): 703-708    DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00625

论文 本期目录 | 过刊浏览 |

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

坚增运1,李娜1,常芳娥1,方雯1,赵志伟1,董广志1,介万奇2

1. 西安工业大学材料科学与化工学院, 西安710032 2. 西北工业大学凝固技术国家重点实验室, 西安 710072

MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION OF THE ATOM CLUSTER EVOLUTION IN COPPER MELT DURING SOLIDIFICATION PROCESS

JIAN Zengyun1, LI Na1, CHANG Fang'e1, FANG Wen1, ZHAO Zhiwei1, DONG Guangzhi1,JIE Wanqi2

1. School of Materials Science and Chemical Engineering, Xi'an Technological University, Xi'an 710032 2. State Key Laboratory of Solidification Processing, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072

坚增运,李娜,常芳娥,方雯,赵志伟,董广志,介万奇. 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[J]. 金属学报, 2012, 48(6): 703-708.
, , , , , , . MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION OF THE ATOM CLUSTER EVOLUTION IN COPPER MELT DURING SOLIDIFICATION PROCESS[J]. Acta Metall Sin, 2012, 48(6): 703-708.

摘要 参考文献 相关文章 Metrics 全文: PDF(1093 KB)   摘要: 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1012.6 K/s到 1014.5 K/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1013.3 K/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1013.3 K/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. 关键词 ： 分子动力学模拟,  团簇,  亚临界晶核     Abstract：The structure evolution of atom cluster in copper melt and the microstructure of solidificated copper during the solidification process were investigated by using the molecular dynamics simulation method. It was found that the solidificated structure is composed of crystal phase and amorphous phase when the cooling rate is ranged from 1012.6 to 1014.5 K/s. All the structures of the growing crystal, the critical nuclei and the atom cluster in copper melt are the layer mosaic structure constructed by fcc and hcp structure, which indicates that the layer mosaic structure of copper originates from the nucleation. When the cooling rate is lower than 1013.3 K/s, the atom number of hcp structure in the layer mosaic structure in the amorphous matrix is less than that of fcc structure, but when the cooling rate is higher than 1013.3 K/s, the atom number of fcc structure in the layer mosaic structure is less than that of hcp structure. When the size of the atom cluster with the crystalline structure in copper melt is smaller than the critical size of the homogenous nucleation nuclei, radial distribution function cannot reflect out the feature of crystalline structure though the HA bond--type index have confirmed the presence of a certain number of atom bond of crystalline structure. Key words： molecular dynamic simulation    cluster    subcritical nuclei 收稿日期: 2011-09-30      基金资助: 国家重点基础研究发展计划项目2011CB610403, 国家自然科学基金项目51071115,51171136和50671075资助 作者简介: 坚增运, 男, 1962年生, 教授, 博士 服务 把本文推荐给朋友 加入引用管理器 E-mail Alert RSS 作者相关文章 坚增运 李娜 常芳娥 赵志伟 方雯 董广志 介万奇 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/10.3724/SP.J.1037.2011.00625      或      https://www.ams.org.cn/CN/Y2012/V48/I6/703 [1] Gibson J M.  Science, 2009; 326: 942 [2] Bernal J.  Nature, 1959; 183: 141 [3] Qi D W, Wang S.  Phys Rev, 1991; 44B: 884 [4] Liu R S, Dong K J, Tian Z A, Liu H R, Peng P, Yu A B. J Phys: Comdens Matter, 2008; 19: 196103 [5] Wang R S, Hou H Y, Chen G L.  Acta Metall Sin, 2009; 45: 692     (王荣山, 候怀宇, 陈国良. 金属学报, 2009; 45: 692) [6] Mondal K, Murty B S.  J Non--Crystalline Solids,2006; 352: 5257 [7] Li Y D, Hao Q H, Cao Q L, Liu C S. Phy Rev, 2008; 78B: 174202 [8] Cheng Z N, Luo X C, Ma J P, Shao J, Chen N Y. Sci China, 1991; 4A: 440     (程兆年, 罗学才, 马剑鹏, 邵俊, 陈念贻.中国科学, 1991; 4A: 440) [9] Hui X D, Liu X J, Gao R, Hou H Y, Fang H Z, Liu X K, Chen G L. Sci China, 2008; 38G: 406     (惠希东, 刘雄军, 高蕊, 侯怀宇, 方华志, 刘梓葵, 陈国良.中国科学, 2008; 38G: 406) [10] Liu H R, Liu R S, Zhang A L, Hou Z Y, Wang X, Tian Z A. Chin Phys, 2007; 16, 3747 [11] Li J Y, Liu R S, Zhou Z, Xie Q, Peng P.  J Mater Sci Technol, 1998; 14: 461 [12] Ten Wolde P R, Ruiz-Montero M J, Frenkel D.  J Chem Phys, 1996; 104: 9932 [13] Malley B O, Snook I.  Phys Rev Lett, 2003; 90: 085702 [14] Jian Z Y, Chen J, Chang F E, Zeng Z, He T, Jie W Q.  Sci China, 2010; 53E: 3203 [15] Liu C S, Xia J C, Zhu Z G, Sun D Y.  J Chem Phys,2001; 114: 7506 [16] Mishin Y, Mehl M J, Papaconstantopoulos D A, Voter A F, Kress J D.  Phys Rev, 2001; 63B: 224106 [17] Morris J R, Wang C Z, Ho K M, Chan C T.  Phys Rev,1994; 49B: 3109 [18] Honeycutt J D, Andersen H C.  J Phys Chem, 1987; 91: 4950 [19] Zhao Y, Hu Z Q, Zhao J Z.  Acta Metall Sin,2008; 44: 1157      (赵毅, 胡壮麒, 赵九洲. 金属学报, 2008; 44: 1157) [20] Turkdogen E T.  Physical of High Temperature Techonlogy.New York: Academic Press, 1980: 1 [21] Jian Z Y, Li N, Zhu M, Chen J, Chang F E, Jie W Q. Acta Mater, 2012; 60: 3590 [22] David R.  CRC Handbook of Chemistry and Physics.Tokyo: CRC Press, 1989: 1 [23] Jian Z Y, Chang F E, Ma W H, Yan W.  Sci China, 2000; 30E: 10 [24] Brandes E A, Brook G B.  Smithells Metals Refrence Book.7th ed., Oxford: Butterworth, 1992: 1 [25] Guthrie R I L, Iida T.  Mater Sci Eng, 1994; A178: 35 [26] Barin I, Knacke O.  Thermochemical Properties of Inorganic Substances. Berlin: Springer-Verlag, 1973: 1 [1] 朱智浩, 陈志鹏, 刘田雨, 张爽, 董闯, 王清. 基于不同 α / β 团簇式比例的Ti-Al-V合金的铸态组织和力学性能[J]. 金属学报, 2023, 59(12): 1581-1589. [2] 巩向鹏, 伍翠兰, 罗世芳, 沈若涵, 鄢俊. 自然时效对Al-2.95Cu-1.55Li-0.57Mg-0.18Zr合金160℃人工时效的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(11): 1428-1438. [3] 朱小绘, 刘向兵, 王润中, 李远飞, 刘文庆. 290℃氩离子辐照对Fe-Cu合金微观组织的影响[J]. 金属学报, 2022, 58(7): 905-910. [4] 许坤, 王海川, 孔辉, 吴朝阳, 张战. 一种新分组团簇动力学模型模拟铝合金中的Al3Sc析出[J]. 金属学报, 2021, 57(6): 822-830. [5] 刘刚, 张鹏, 杨冲, 张金钰, 孙军. 铝合金中的溶质原子团簇及其强韧化[J]. 金属学报, 2021, 57(11): 1484-1498. [6] 王明康, 苑峻豪, 刘宇峰, 王清, 董闯, 张中伟. Ti对Zr-Nb二元合金β结构稳定性和力学性能的影响[J]. 金属学报, 2021, 57(1): 95-102. [7] 梁晋洁, 高宁, 李玉红. 体心立方Fe中微裂纹与间隙型位错环相互作用的分子动力学模拟[J]. 金属学报, 2020, 56(9): 1286-1294. [8] 马小强,杨坤杰,徐喻琼,杜晓超,周建军,肖仁政. 金属Nb级联碰撞的分子动力学模拟[J]. 金属学报, 2020, 56(2): 249-256. [9] 周霞,刘霄霞. 石墨烯纳米片增强镁基复合材料力学性能及增强机制[J]. 金属学报, 2020, 56(2): 240-248. [10] 耿遥祥, 王英敏. 铁基非晶合金局域结构与性能关联：基于微合金化机理研究[J]. 金属学报, 2020, 56(11): 1558-1568. [11] 宋元元, 赵明久, 戎利建. Fe-Ni基合金时效过程中γ'相析出的原子探针层析技术研究[J]. 金属学报, 2018, 54(9): 1236-1244. [12] 张海峰, 闫海乐, 贾楠, 金剑锋, 赵骧. Cu/Ti纳米层状复合体塑性变形机制的分子动力学模拟研究[J]. 金属学报, 2018, 54(9): 1333-1342. [13] 张宇, 王清, 董红刚, 董闯, 张洪宇, 孙晓峰. 基于团簇模型设计的镍基单晶高温合金(Ni, Co)-Al-(Ta, Ti)-(Cr, Mo, W)及其在900 ℃下1000 h的长期时效行为[J]. 金属学报, 2018, 54(4): 591-602. [14] 董闯, 董丹丹, 王清. 固溶体中的化学结构单元与合金成分设计[J]. 金属学报, 2018, 54(2): 293-300. [15] 李晓林, 崔阳, 肖宝亮, 张大伟, 金钊, 程政. V-N微合金钢在线快速感应回火工艺中V(C, N)析出强化机制[J]. 金属学报, 2018, 54(10): 1368-1376. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed