Cu-Ni-Sn固溶体溶质原子与位错交互作用的第一性原理计算

发布时间：2021-09-07 01:49

　　通过第一性原理计算了Cu-Ni-Sn固溶体中刃型位错对溶质原子的交互作用能。结果表明,位错对Sn原子的作用力很强,且随着基体中Ni含量升高而增大。纯铜基体中位错对单个不同位置Sn原子的最大作用能量差约为89.83kJ/mol,Ni含量为20%的Cu-Ni合金基体中位错对单个不同位置Sn原子的最大作用能量差约为128.25kJ/mol。Sn原子择优分布在正刃型位错下方G位置,离位错较远的Sn原子在能量差作用下向位错正下方G位置周围偏聚。固溶体中的位错对Ni原子的作用较弱（最大作用能量差约为18.87kJ/mol）,且Ni原子在位错作用下的择优分布不明显。 

【文章来源】：特种铸造及有色合金. 2020,40(07)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

超胞位错模型

第1步分别计算Cu基体中位错对单个Sn溶质原子和单个Ni溶质原子的作用能，即分别用1个Sn或Ni溶质原子替换不同位置的Cu原子形成位错固溶体模型，8个典型的替换位置见图2。通过Castep几何结构优化对这8种固溶体模型进行弛豫处理，从而得到各种溶质原子分布状态的体系总能量，根据能量最低原则确定溶质原子的最优分布位置，并以形成能最大值与最小值之差作为位错和溶质原子的交互作用能。因为Ni与Cu的原子半径和电子性质相近，可以预测位错对Ni原子的作用能应远小于Sn原子的作用能。第2步计算和分析固溶体中Ni含量对于位错与单个Sn溶质原子相互作用能的影响。即将图2中的基体Cu原子用一定Ni含量的（Cu,Ni）虚晶原子替换，经弛豫处理后分析择优位置和最大能量差的变化。

单个Sn原子在不同位置分布的固溶体经几何结构优化后的总能量见图3。体系总能量排序为：A>B>C>D>E>F>H>G，最大能量差ΔEmax=EA-EG≈89.83kJ/mol。由此判断Sn原子择优分布在刃型位错正下方的G位置及其附近的F和H位置，离位错较远的其他位置Sn原子在能量差作用下向位错正下方G位置周围偏聚。3.2 位错对单个Ni原子的作用


本文编号：3388611