BCC結構金屬物性的MAEAM理論研究.pdf

1、通過計算機模擬金屬材料的性能在過去的幾十年中取得了巨大的發(fā)展。伴隨著計算材料方法在材料設計上應用的不斷推廣，人們已經建立起一系列的方法來模擬過渡族bcc金屬及其合金的性能。通過計算機模擬不僅可以不斷優(yōu)化材料設計模型，而且通過虛擬實驗，節(jié)約了實驗材料，提高了材料的使用效率，為材料設計開辟了一條全新的道路。
　　材料性能的計算機模擬方法繁多，最近三十年來，由于對金屬及金屬間化合物性能計算的方便性和與實驗結果的一致性，嵌入原子方法（EA

2、M）受到了人們廣泛的關注。EAM發(fā)展過程中出現(xiàn)了四個模式:其一是Daw和Baskes的最初模式，其二是Johnson提出的分析型嵌入原子方法（AEAM），其三是Baskes提出的改進型嵌入原子方法(MEAM)，其四是張邦維等人提出的改進分析型嵌入原子方法(MAEAM)。MAEAM便于計算合金性能，并且能解決Johnson理論中的Cauchy壓PC=(C12-C44)/2的負值問題。為了提高計算的準確性，胡望宇和舒小林提出了涉及更遠近鄰原

3、子的MAEAM方法。但該模型中存在一些要改善的地方，包括兩體勢函數(shù)的導數(shù)截尾特性、貴金屬結構穩(wěn)定性以及結構之間能量差的不符合問題等。
　　由于原MAEAM方法的模型參數(shù)計算時沒有考慮各種典型金屬結構之間的能量差，因此一些bcc金屬材料的結構能量差計算結果不符合實驗結果。首先，本文對傳統(tǒng)的涉及更遠鄰的MAEAM理論進行了修正。不僅采用了截尾處理函數(shù)和加強連接平滑條件，同時通過擬合各種典型金屬結構之間的能量差、晶體的內聚能、單空位形成

4、能、關于能量—晶格常數(shù)關系的Rose方程曲線、彈性常數(shù)以及晶體平衡條件，調整了多體勢的模型常數(shù)。為了解決過渡族金屬的各種結構之間能量差的計算值與實驗結果和其它計算值的不符合問題，確定模型輸入?yún)?shù)時考慮了各種結構金屬之間的能量差。兩體勢截尾處理函數(shù)的采用導致了多余的兩個模型參數(shù)，通過其中一個模型參數(shù)的調整，將模型多體勢擬合結構能量差。
　　其次，采用新的MAEAM多體勢計算了七種bcc金屬的結構穩(wěn)定性、聲子譜、態(tài)密度、晶格比熱。計算

5、結果與實驗值及其他計算結果符合較好，盡管對個別金屬的計算結果與實驗值還存在一定差距，但整體上各種物理性能的計算結果都吻合于實驗的變化規(guī)律，說明應用新勢能函數(shù)的MAEAM理論模型，可以闡明這些金屬的大部分性質。
　　最后，研究了七種bcc金屬的空位性能。在推導單空位和雙空位性能計算公式時參考并改進了張邦維等人提出的計算方法;研究雙空位遷移時，計算了遷移原子附近遷移能的分布從而確定了遷移鞍點。本文得出的單空位形成能和擴散能計算值與實驗