Al纳米晶在Fe表面熔化行为的原子模拟

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不同金属材料之间扩散的微观机理对于异种金属的焊接十分重要,目前铝合金和不锈钢的焊接研究就是一大热点。但是两者之间的焊接技术并没有得到较好的解决,况且就目前而言,异种金属扩散的研究大多侧重于应用焊接方法,对微观层面形成机理的理论研究却很少。若能深入研究 Fe/Al异种金属焊接过程中的微观机理,那么其对异种金属间相互运动趋势的一般规律进行较为详尽的探索和研究得出较为直观确切的结论就显得非常可贵。  为了达到这一目标,本文应用分子动力学(MD)方法,采用EAM势函数,在Al的熔点至Fe熔点的温度区间内,对Al原子在Fe(001)、(110)和(111)面上的熔化行为进行了详细考察和分析。首先考虑了温度对Al晶格常数的影响,对其进行了相关计算;其次,讨论了不同形状、不同尺寸的Al纳米晶模型,确立了最优化的Al-Fe计算模型;最后,运用多种结构分析参数对研究的数据进行更进一步的计算分析并总结出相应取向面的扩散机制及扩散通道。  本文大体结构如下:第一章介绍了研究背景及金属扩散,第二章介绍了分子动力学模拟方法,第三章介绍了势函数、系综及其选取,第四章详细介绍了Al纳米晶在Fe表面熔化行为的原子模拟过程,结果发现:在模拟时间内Al原子的扩散主要发生在Al和Fe发生接触的Fe的第一原子层上,且大部分Al原子沿着Fe表面即x-y平面扩散,仅有极少数Al原子沿着z方向向下扩散。原子在Fe各个取向面上的扩散方向并不完全一致:Fe(001)面上的扩散趋势沿[110]和[110]晶向基本相同;Fe(110)面上原子主要在Fe表面即x-y平面之上沿[001]扩散;Fe(111)面上原子沿[110]、[101]和[011]的扩散几率相当。
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