Cu-Co液相分离型合金熔体表征及凝固过程研究

发布时间：2017-10-01 08:31

  本文关键词：Cu-Co液相分离型合金熔体表征及凝固过程研究

  更多相关文章： 液相分离型合金 结构及动力学表征 快速凝固 分子动力学模拟

【摘要】：液相分离型合金在通常冷却条件下固态组织会由于重力作用而出现分层,使得其工业应用受到限制。近年来随着科技的发展,通过一些特殊方法可制备出完全不同于常规冷却条件下的组织形貌,使得这类材料的应用成为可能。对于液相分离型合金的熔体凝固过程和其微观结构特征的研究,有助于人们理解和制备出性能更好的合金材料。而实验上很难直接在高温下观测到合金熔体的许多特征,因此计算机模拟在这方面研究中一直起着非常重要的作用。本文基于Zhou的EAM作用势,采用分子动力学模拟的方法对Cu-Co合金熔体的结构、热力学和动力学参数进行表征；采用分子动力学和实验相结合方式,以Cu50Co50熔体为例,研究了快速凝固过程中液相分离过程及对凝固组织的影响；在此基础上,为获得相分离型非晶,通过添加Zr元素提高Cu-Co合金的非晶形成能力,得到如下结果：对不同成分的Cu-Co合金熔体特征进行研究。利用分子动力学模拟的方法计算了偶分布函数、Bhatia-Thornton结构因子和混合焓等参数。偶分布函数的计算结果表明在Cu-Co、Cu-Cu、Co-Co三个偏偶分布函数中,同类原子对显示出最高峰；不同成分的Cu-Co都为正的混合焓,且Scc(q)在q→0处呈明显增加趋势；而计算得到的间接扩散系数也呈中心对称的抛物线趋势。以上计算结果表明,Cu-Co合金熔体具有明显的相分离趋势。对Cu50Co50合金熔体的结构特性和动力学性质进行了系统模拟。计算得到的配位数等结构参数表明Cu50Co50合金熔体中存在同种原子的聚集；通过原子轨迹图发现,随着温度的降低,熔体中同种原子聚集程度增大,最终形成明显的富Cu和富Co区域。Cu50Co50均方位移的计算结果表明,该合金的非晶形成能力较差。通过对不同冷速下凝固的Cu50Co50合金的微观组织研究表明：在冷却速度较快冷却条件下(采用单辊快淬法),熔体凝固时成分分布较均匀,无明显液滴形成；随着冷却速度的降低(铜模溅射法),同种原子有充分时间聚集,在富Cu的基体上出现富Co的小液滴,并随着冷速的进一步降低(铜模喷注),这些液滴逐渐长成枝晶结构。对用单辊快淬法获得不同成分的Cu-Co合金条带的凝固过程进行了分析,结果发现,由于不同成分的Cu-Co合金其液相分离开始时间不同,影响原子间扩散,导致异类原子在固溶体中的溶解度不同,从而抑制了二次相的析出的过程。随后,在Cu-Co合金中引入Zr元素,从而改变了Cu-Co合金的非晶形成能力,但由于Cu、Co固溶在Zr中,抑制了Cu和Co之间的相分离作用,并没有形成液相分离型非晶。
【关键词】：液相分离型合金 结构及动力学表征 快速凝固 分子动力学模拟
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.11
【目录】：

• 中文摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 液相分离型合金定义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-14
• 1.3 液相分离型合金的应用14-15
• 1.4 快速凝固技术15-20
• 1.4.1 急冷快速凝固15-17
• 1.4.2 深过冷条件下的快速凝固17-18
• 1.4.3 快速定向凝固18-20
• 1.5 本论文研究目的及意义20-21
• 1.6 本论文的主要内容21-22
• 第二章 实验方法22-32
• 2.1 技术路线22-23
• 2.2 分子动力学模拟23-27
• 2.2.1 分子动力学模拟的基本方法23
• 2.2.2 分子动力学模拟过程23-26
• 2.2.3 本文计算细节26-27
• 2.3 原子之间相互作用势函数27-28
• 2.4 实验材料、设备和方法28-32
• 2.4.1 实验材料28
• 2.4.2 实验设备28-30
• 2.4.3 分析测试方法30-31
• 2.4.4 实验过程描述31-32
• 第三章 Cu-Co合金结构、热力学、动力学表征32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 计算结果与讨论32-41
• 3.2.1 密度32-33
• 3.2.2 混合焓33-35
• 3.2.3 偶相关函数35-36
• 3.2.4 B-T结构因子36-39
• 3.2.5 相关长度39
• 3.2.6 扩散系数39-41
• 3.3 本章小结41-44
• 第四章 Cu50C050凝固过程分子动力学模拟及实验研究44-54
• 4.1 引言44-45
• 4.2 Cu50Co50熔体结构及动力学表征45-49
• 4.2.1 过冷条件下的Cu50Co50原子轨迹45-46
• 4.2.2 配位数46-47
• 4.2.3 B-T结构因子47-48
• 4.2.4 均方位移(MSD)48-49
• 4.3 不同冷速下Cu50Co50合金凝固组织的研究49-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第五章 快速凝固条件下Cu-Co合金及非晶合金的研究54-64
• 5.1 引言54-56
• 5.2 实验结果与讨论56-62
• 5.2.1 Cu-Co合金凝固过程研究56-58
• 5.2.2 Zr添加对Cu-Co合金凝固过程的影响58-62
• 5.3 本章小结62-64
• 第六章 结论64-66
• 参考文献66-72
• 致谢72-73
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果73-75
• 发表的论文73-74
• 获得的奖励74-75
• 附件75

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：952447