幾種Zn基二元及三元合金液態(tài)結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、金屬材料的腐蝕給我國國民經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的損失，因此材料的防腐蝕研究一直備受關(guān)注。鋅合金比其它材料具有更好的力學(xué)性能、耐磨減磨性能和良好的耐腐蝕性而得到廣泛的應(yīng)用。鋅合金在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用過程已經(jīng)具備較為完善的工藝條件，但是對(duì)Zn基合金液態(tài)結(jié)構(gòu)的研究是探索對(duì)固態(tài)性能影響的有效途徑。本文采用第一性原理分子動(dòng)力學(xué)模擬方法對(duì)幾種Zn基二元以及三元合金的液態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。通過對(duì)偏偶相關(guān)函數(shù)、偏配位數(shù)、Voronoi多面體以及鍵對(duì)分析對(duì)熔體結(jié)構(gòu)進(jìn)行表

2、征，同時(shí)研究了合金動(dòng)力學(xué)性質(zhì)中的擴(kuò)散系數(shù)。
　　 為了研究鋅渣中FeZn13相的形成與液態(tài)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，我們選取Zn95Fe5液態(tài)合金進(jìn)行計(jì)算模擬。模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明液態(tài)結(jié)構(gòu)和凝固組織之間有密切聯(lián)系，在鋅渣的凝固過程中保留了部分母體中的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)。Voronoi多面體分析表明Fe原子周圍主要以10-12配位的多面體為主，在Zn95Fe5液態(tài)合金中存在與ζ相(FeZn13)的結(jié)構(gòu)相似的團(tuán)簇，該團(tuán)簇以Fe原子為中心，周圍包含11

3、-12個(gè)Zn原子。
　　 從頭算分子動(dòng)力學(xué)模擬方法研究表明Zn-Fe合金系中，在富Zn端異類原子間的相互作用較強(qiáng)，主要以Zn-Fe原子間相互作用為主。Voronoi多面體分析表明隨著Zn含量的增加，配位數(shù)為14和15的多面體含量逐漸降低，而配位數(shù)為12和13的多面體的含量逐漸增加，因此，14和15配位的多面體可能部分轉(zhuǎn)化為12和13配位的多面體。在該合金系中，在富鋅端由于液態(tài)結(jié)構(gòu)中二十面體含量較多，因此液態(tài)合金的有序度較強(qiáng)，導(dǎo)致

4、富鋅端Zn和Fe原子的擴(kuò)散系數(shù)降低;Zn原子的擴(kuò)散系數(shù)比Fe原子的大，Voronoi多面體分析表明以Fe原子為中心的二十面體含量比以Zn原子為中心的二十面體含量高，從而限制了Fe原子的擴(kuò)散。
　　 Zn-Bi合金是一種良好無鉛焊接劑，本文采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法對(duì)Zn-Bi合金共晶點(diǎn)及其附近成分的液態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。分析表明，在Zn-Bi合金中異類原子間的相互作用在共晶點(diǎn)處顯著加強(qiáng)。Zn-Bi合金熔體結(jié)構(gòu)主要以8-10配位的Voro

5、noi多面體為主。在共晶點(diǎn)處合金熔體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在明顯變化，以Bi原子為中心7-9配位的Voronoi多面體含量降低，而10-13配位的多面體含量顯著增高。
　　 我們將Fe5Zn90Bi5和Fe5Zn90Ni5三元合金與Fe5Zn95二元合金結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，研究第三元素的加入對(duì)合金熔體結(jié)構(gòu)的影響。三元合金中F-Z型偏雙體分布函數(shù)曲線表明異類原子間的相互作用較強(qiáng)，主要以Fe-Zn、Zn-Bi以及Zn-Ni配位的化學(xué)短程序?yàn)橹?。第?/p>

6、元素的加入使兩種合金中的NFeZn和NZnZn都有不同程度的增加，使原子的化學(xué)序增強(qiáng)。Bi和Ni的添加并沒有造成Fe原子周圍拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生劇烈變化，但是仍有部分<0，2，8，1>和<0，2，8，2>多面體轉(zhuǎn)化為<0，3，6，4，>多面體;同時(shí)使Zn原子周圍各類多面體的含量稍有提高，Zn原子周圍的短程有序度增加，降低了Zn原子的擴(kuò)散系數(shù)。對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的研究表明第三類元素的加入不同程度的影響了各類原子的擴(kuò)散系數(shù)，使得Zn原子的擴(kuò)散系數(shù)降低，F(xiàn)e