当前位置:主页 > 科技论文 > 金属论文 >

Fe-Al体系扩散相关性质的研究

发布时间:2018-10-25 11:46
【摘要】:扩散过程与原子随机的热运动有关,这些热运动能产生宏观的浓度分布变化。研究扩散过程可以提供许多有关材料的原子结构以及缺陷演变过程相关的有用信息。扩散与材料的制备、热处理、以及蠕变过程都有密切关系。铁和铝都是工业生产中的重要原材料,在建筑、汽车、航天航空等领域都有广泛的应用。研究铁、铝的扩散性质,有助于了解这两种不同晶体结构金属的扩散微观机制,且对改善材料性能、改进材料锻造工艺等有重要指导意义。本文通过分子动力学方法,采用嵌入原子相互作用势(EAM)对Fe和Al扩散过程进行了模拟。得到的结果与已有的理论的结果以及实验值符合得较好,计算结果也表明铁和铝的自扩散主要通过空位机制进行。论文的主要结果如下:用静力学方法比较Fe、Al中不同结构的空位和自间隙原子点缺陷形成时所需的能量,得到Fe、Al中最稳定的空位和自间隙原子结构。并用NEB方法计算了这些结构经不同路径跃迁所需克服的势垒大小,结果显示空位跃迁到第一近邻位置的激活能最低,是自扩散中最可能发生的跃迁机制。再在Fe、Al块体中引入空位缺陷对其自扩散进行分子动力学模拟,得到的扩散系数与实验值符合得很好。除了空位和间隙原子这两种最简单的缺陷,杂质原子是实际材料中一种不可避免的缺陷。考虑到硼元素可以提高钢的表面硬度和改善铝的导电性能,同时硼也是改善铁铝金属间化合物脆性的重要元素。本文对单个硼原子在Fe、Al中的稳定存在的位置及扩散进行了计算。硼原子倾向于替代晶格中Fe、Al原子的位置,并通过跃迁到第一近邻空位进行扩散。由于硼原子的存在,还会对其附近空位的形成能产生影响。Fe中B原子周围第一近邻空位的形成能比纯Fe中的空位形成能高,而B原子第二近邻空位形成能比纯Fe空位形成能低。Al中B第一近邻和第二近邻空位形成能都比纯A1中空位形成能高。最后本文还用分子动力学模拟了Fe-Al界面的扩散过程,发现主要为Fe原子扩散进入Al中,且温度越高,扩散到A1中的Fe原子越多、越远。相同温度下,Al原子的运动速度比Fe原子快,但由于Al扩散的迁移能比Fe高,只有少量Al原子能够进入Fe中。
[Abstract]:The diffusion process is related to the random thermal movement of atoms, which can produce macroscopic concentration distribution changes. The study of diffusion process can provide a lot of useful information about the atomic structure of materials and the evolution of defects. Diffusion is closely related to material preparation, heat treatment, and creep process. Iron and aluminum are important raw materials in industrial production. They are widely used in construction, automobile, aerospace and other fields. The study of the diffusion properties of iron and aluminum is helpful to understand the diffusion mechanism of these two kinds of metals with different crystal structure, and it is of great significance to improve the properties of materials and the forging process of materials. In this paper, the diffusion processes of Fe and Al are simulated by using the embedded atomic interaction potential (EAM) by molecular dynamics method. The results are in good agreement with the theoretical and experimental results. The calculated results also show that the self-diffusion of iron and aluminum is mainly carried out through the vacancy mechanism. The main results of this paper are as follows: the energy required for the formation of defects in vacancies and self-interstitial atomic dots in Fe,Al is compared by statics method, and the most stable vacancy and self-gap atomic structures in Fe,Al are obtained. The NEB method is used to calculate the potential barrier size of these structures which need to be overcome by different paths. The results show that the activation energy of the vacancy transition to the first nearest neighbor is the lowest, which is the most likely transition mechanism in self-diffusion. Then the vacancy defects are introduced into the Fe,Al block to simulate the self-diffusion. The diffusion coefficient is in good agreement with the experimental data. In addition to the two simplest defects, vacancy and interstitial atoms, impurity atoms are an inevitable defect in practical materials. Considering that boron can improve the surface hardness of steel and improve the conductivity of aluminum, boron is also an important element to improve the brittleness of iron-aluminum intermetallics. In this paper, the stable existence and diffusion of single boron atom in Fe,Al are calculated. Boron atoms tend to replace the positions of Fe,Al atoms in the lattice and diffuse by transition to the first nearest neighbor vacancy. The formation energy of the first nearest neighbor vacancy around B atom in Fe is higher than that in pure Fe. The second nearest neighbor vacancy formation energy of B atom is lower than that of pure Fe vacancy formation energy, and the energy of B first nearest neighbor and second nearest neighbor vacancy formation in Al is higher than that in pure A1. Finally, the diffusion process of Fe-Al interface is simulated by molecular dynamics. It is found that the diffusion of Fe atoms into Al is the main one, and the higher the temperature, the more and farther Fe atoms diffuse to A1. At the same temperature, Al atoms move faster than Fe atoms, but only a few Al atoms can enter Fe because the transfer energy of Al diffusion is higher than that of Fe.
【学位授予单位】:广西大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TG111.6

【共引文献】

相关期刊论文 前10条

1 张林;张振刚;翟彦召;陈聪聪;;萘状断口仔晶形成原因及对钻头断裂的影响探讨[J];工具技术;2014年03期

2 田晓锋;陈杰;张楠;牟怀飞;李忠亮;;试棒、仿齿形试块与齿轮的渗碳质量对比研究[J];热处理技术与装备;2014年02期

3 王伟;朱成丽;吴洪亮;李晓红;;耐张线夹内钢芯铝绞线断裂原因及断口特征[J];腐蚀与防护;2014年03期

4 罗扬;田文怀;石高锋;成生伟;;退火对高速电铸镍组织和塑性的影响[J];材料工程;2014年04期

5 刘翠霞;吕志刚;郭艳妮;朱满;;基于CDIO的《材料科学基础》教学方法改革研究[J];广州化工;2014年05期

6 林宗德;陈文;;浅谈40Cr钢调质热处理工艺及组织性能[J];装备制造技术;2014年04期

7 宁媛;张鹏;介军;;分子动力学中晶体位错的三维可视化系统设计与实现[J];电脑知识与技术;2014年16期

8 宋克兴;张亚;张彦敏;赵培峰;王海燕;;压力条件下固-液复合法制备铜/锌复合材料的研究[J];材料导报;2014年10期

9 李慧;梁精龙;李运刚;张芬萍;;退火过程中Si的扩散行为研究[J];工业加热;2014年04期

10 吴洪亮;李晓红;朱成丽;窦洪;;高压输电导线局部破损-断裂机理及风险评估[J];东南大学学报(自然科学版);2014年05期

相关硕士学位论文 前10条

1 王垒;Ti_3AlC_2与Al的高温反应研究[D];山东理工大学;2012年

2 刘鹏;高磁响应单分散Fe_3O_4磁性微球制备及相关性能研究[D];东华大学;2014年

3 庄园;新型高性能镁合金的制备与组织性能研究[D];哈尔滨理工大学;2013年

4 李映波;制备工艺及Si含量对14Cr-ODS铁素体钢组织性能的影响[D];华中科技大学;2013年

5 袁广鹏;稀土对含铜铁素体不锈钢中夹杂物的影响[D];东北大学;2012年

6 杨雨潭;轧制和热处理对Cu合金组织和性能的影响[D];太原科技大学;2014年

7 严孟凯;Mo_2FeB_2基金属陶瓷的制备与摩擦学性能研究[D];兰州理工大学;2014年

8 王艳磊;外层气体影响GPCA-TIG焊电弧和焊缝性能的研究[D];兰州理工大学;2014年

9 陈宝龙;水热法合成TiO_2薄膜及其忆阻特性的研究[D];济南大学;2014年

10 苏谋;模具的铬钒稀土多元复合共渗技术研究[D];重庆理工大学;2014年



本文编号:2293612

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/2293612.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户4f4d5***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com