金屬Al、Ni晶界能與晶界遷移行為的合成驅(qū)動(dòng)力——分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、晶界作為金屬材料微觀組織的重要組成部分，直接影響材料的力學(xué)性能和化學(xué)性能等。晶界能和晶界遷移率作為晶界性能的兩個(gè)參數(shù)，受晶界取向和溫度等影響，在微觀組織內(nèi)呈各向異性分布。二者的定量測(cè)定和計(jì)算，可以為探究材料在再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大過程中微觀組織演變的機(jī)理提供重要依據(jù)。
　　本研究基于分子動(dòng)力學(xué)理論，構(gòu)造了能完整表征晶界取向的雙晶模型，利用該模型定量計(jì)算Al和Ni兩種面心立方金屬中不同類型晶界的晶界能，分析晶界能與取向差角和晶界面取向的相

2、關(guān)性;同時(shí)，改進(jìn)用于定量計(jì)算晶界遷移率的合成驅(qū)動(dòng)力-分子動(dòng)力學(xué)(SDF-MD)方法，利用改進(jìn)方法計(jì)算上述金屬的晶界遷移率，探討晶界遷移與晶界取向、遷移驅(qū)動(dòng)力及溫度的相關(guān)性。最后，將本研究結(jié)果與已有實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果進(jìn)行了比較。得到如下主要結(jié)果和結(jié)論:
　　(1)金屬Al和Ni<100>、<110>、<111>對(duì)稱傾斜晶界(STGB)和<111>扭轉(zhuǎn)晶界(TWGB)的晶界能結(jié)果表明，晶界能同時(shí)受晶界取向的5個(gè)自由度影響，與取向差角和重位

3、因子之間不存在特定的關(guān)系;對(duì)于同類晶界，兩種金屬晶界能隨取向差角的變化趨勢(shì)相同，而因原子間勢(shì)能不同，Ni的晶界能明顯高于相同晶界的Al。
　　(2)與原始SDF-MD方法相比，改進(jìn)的SDF-MD方法利用差值序參量表征具體溫度下整個(gè)雙晶體系內(nèi)原子排列偏離初始排列的程度，利用由原子排列和溫度決定的臨界序參量以及表征晶界寬度的跨晶界區(qū)界定晶粒和晶界原子，解決了原始方法使體系非正常受力的問題。
　　(3)當(dāng)使用改進(jìn)SDF-MD方法研

4、究晶界遷移時(shí)發(fā)現(xiàn)，晶界的遷移速率不隨遷移方向改變，且與驅(qū)動(dòng)力呈明顯的線性關(guān)系;晶界遷移率不隨取向差角和重位因子改變而呈現(xiàn)規(guī)律性變化，當(dāng)取向差相同時(shí)，遷移率還受晶界面取向的影響。對(duì)于同類晶界，Al和Ni晶界的遷移率隨取向差角的變化趨勢(shì)大致相同，且二者的遷移率整體上無明顯差異。
　　(4)基于改進(jìn)SDF-MD方法得到的Al<111>STGB的遷移率與取向差角和溫度的相關(guān)性，與基于界面能驅(qū)動(dòng)晶界遷移的實(shí)驗(yàn)和模擬方法得到的結(jié)果一致。在同等