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

2、征，同時研究了合金動力學性質(zhì)中的擴散系數(shù)。
　　 為了研究鋅渣中FeZn13相的形成與液態(tài)結(jié)構(gòu)之間的關系，我們選取Zn95Fe5液態(tài)合金進行計算模擬。模擬計算和實驗結(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)相似的團簇，該團簇以Fe原子為中心，周圍包含11

3、-12個Zn原子。
　　 從頭算分子動力學模擬方法研究表明Zn-Fe合金系中，在富Zn端異類原子間的相互作用較強，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，導致

4、富鋅端Zn和Fe原子的擴散系數(shù)降低;Zn原子的擴散系數(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原子的擴散。
　　 Zn-Bi合金是一種良好無鉛焊接劑，本文采用分子動力學模擬方法對Zn-Bi合金共晶點及其附近成分的液態(tài)結(jié)構(gòu)進行研究。分析表明，在Zn-Bi合金中異類原子間的相互作用在共晶點處顯著加強。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。在共晶點處合金熔體的拓撲結(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)進行對比，研究第三元素的加入對合金熔體結(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，主要以Fe-Zn、Zn-Bi以及Zn-Ni配位的化學短程序為主。第三

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，使原子的化學序增強。Bi和Ni的添加并沒有造成Fe原子周圍拓撲結(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原子的擴散系數(shù)。對擴散系數(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散系數(shù)，使得Zn原子的擴散系數(shù)降低，F(xiàn)e