純鎂表面擴(kuò)散鋁涂層的制備及分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、為保護(hù)鎂及其合金及延長(zhǎng)其元件的使用壽命,鎂及其合金的涂層技術(shù)得到了廣泛的研究和發(fā)展。特別值得一提的是,最近幾年來發(fā)展起來的一種新型的用擴(kuò)散的方法在鎂合金表面制備鋁涂層的技術(shù)。在另一方面,流化爐反應(yīng)器是一種新型的可以廣泛應(yīng)用在表面處理工程中的設(shè)備。流化爐反應(yīng)器在固相反應(yīng)中,可以提供一個(gè)動(dòng)態(tài)的反應(yīng)環(huán)境。然而,在動(dòng)態(tài)的反應(yīng)環(huán)境中在鎂表面制備鋁擴(kuò)散涂層的研究并未見報(bào)道。為了在原子尺度上研究鎂和鋁的擴(kuò)散行為,建立模型對(duì)鎂鋁擴(kuò)散體系所發(fā)生的現(xiàn)象進(jìn)行

2、數(shù)值模擬是十分有必要的。分子動(dòng)力學(xué)方法(MD)是一種廣泛應(yīng)用于各種不同體系模擬的方法,它可以適用于從生物大分子到會(huì)屬等多種不同的體系中。關(guān)于使用分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)鋁鎂擴(kuò)散體系行為的模擬的研究還未見報(bào)道。
　　 在本文中,所描述的研究?jī)?nèi)容主要體現(xiàn)在兩個(gè)部分:a)利用流化爐反應(yīng)器進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究:b)利用分子動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行的對(duì)擴(kuò)散現(xiàn)象的數(shù)值模擬。在實(shí)驗(yàn)部分中,鋁粉被用來在純鎂金屬塊體上制備擴(kuò)散涂層。所有的擴(kuò)散熱處理都在流化爐反應(yīng)器中進(jìn)行

3、。在制備涂層的過程中,不同的處理溫度,及不同的在流化爐中的流化程度對(duì)制備后涂層的影響被深入研究。經(jīng)過金相學(xué)處理后,樣品被放在光學(xué)顯微鏡下,對(duì)其顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)研究以分析實(shí)際制備后的涂層的質(zhì)量和缺陷。隨后,對(duì)樣品進(jìn)行的X射線衍射分析確定了制備后涂層的化學(xué)成分。
　　 與此同時(shí),本研究選取了分子動(dòng)力學(xué)方法作為模擬鋁.鎂擴(kuò)散體系的模擬方法。利用分子動(dòng)力學(xué)方法構(gòu)建了一個(gè)銅.銀擴(kuò)散體系,并利用LAMMPS(大型長(zhǎng)尺度原子/分子并行計(jì)算模擬

4、器)軟件對(duì)體系進(jìn)行了運(yùn)算。并以此實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證分子動(dòng)力學(xué)方法和LAMMPS軟件對(duì)與本研究中問題解決的可行性。隨后,建立了鋁-鎂擴(kuò)散體系的模型。所有模擬的計(jì)算機(jī)計(jì)算過程都依賴于在維多利亞省高性能計(jì)算合作項(xiàng)目中的計(jì)算機(jī)資源。此后,通過使用Atomeye,VMD,以及其他的一些自編程序,對(duì)模擬的結(jié)果進(jìn)行了可視化和后處理。
　　 本研究中建立了多種不同模型被用來驗(yàn)證模型的可靠性以及各種參數(shù)對(duì)擴(kuò)散過程的影響。不同的勢(shì)函數(shù)參數(shù),包括一組EAM勢(shì)