Mg-Zn界面原子擴(kuò)散的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、本學(xué)位論文的工作圍繞鍍鋅板鍍鎂合金化過(guò)程中Mg/Zn界面原子擴(kuò)散的分子動(dòng)力學(xué)(MD)模擬而進(jìn)行。具體工作包括三個(gè)部分。 1).加速分子動(dòng)力學(xué)——加速因子法及相應(yīng)的兩步法的提出和驗(yàn)證傳統(tǒng)：MD模擬的納秒級(jí)時(shí)間尺度限制了對(duì)固體界面原子的深層擴(kuò)散、滲透以及相形成等長(zhǎng)時(shí)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的模擬研究。為此，本文在HyperDynamics框架內(nèi)，針對(duì)Mg/Zn界面的原子擴(kuò)散，提出了一種加速M(fèi)D方法，即AF加速M(fèi)D(Accelerating Fac

2、tor MD，AFMD)法。利用創(chuàng)建的AFMD法結(jié)合Lennard-Jones雙體勢(shì)對(duì)Mg(0001)/Zn(0001)界面進(jìn)行加速M(fèi)D模擬，重點(diǎn)考察了界面的微觀結(jié)構(gòu)及原子擴(kuò)散，結(jié)果表明AFMD法非常容易實(shí)現(xiàn)界面原子的深層擴(kuò)散。在此基礎(chǔ)上，還證明了兩步法思想(AFMD模擬+傳統(tǒng)MD模擬)能得到不同動(dòng)力學(xué)階段的體系平衡結(jié)構(gòu)及平衡能量，是分析體系微觀結(jié)構(gòu)及相分布必須的加速M(fèi)D模擬技術(shù)。由此，我們構(gòu)建了AFMD模擬Mg/Zn界面時(shí)原子沿界面法

3、線(z軸)方向上的一維擴(kuò)散系數(shù)Dz的Arrhenius關(guān)系，即Dz=D0exp[-Q/(ART)]。 2).Mg/Zn界面的長(zhǎng)程F-S勢(shì)函數(shù)的構(gòu)建這部分工作擬合了Mg-Zn合金的長(zhǎng)程F-S勢(shì)函數(shù)參數(shù)，采用的方法是ForceMatching法。純Mg的擬合結(jié)果顯示目標(biāo)能量、擬合后MD能量?jī)烧咔€變化趨勢(shì)基本相符，兩者平均相對(duì)誤差僅為0.98％，且打亂初始構(gòu)型及目標(biāo)能量的順序，擬合結(jié)果也是完全一樣；Mg-Zn二元合金的擬合結(jié)果顯示目

4、標(biāo)能量與擬合后MD能量平均相對(duì)誤差為4.65％，兩者大部分的能量點(diǎn)比較接近，但是有一些點(diǎn)偏差還是比較大，并且擬合后MD能量曲線波動(dòng)比較大，說(shuō)明本方法在算法上，尤其是收斂的處理方面還存在問(wèn)題，這將是這部分工作的后續(xù)主要內(nèi)容。 3).Mg/Zn界面原子分布的實(shí)驗(yàn)初探最后，本文嘗試采用實(shí)驗(yàn)的手段分析Mg/Zn界面原子分布。發(fā)現(xiàn)：普通的鍍膜手段很難獲得附著力強(qiáng)且致密的Mg層；三維原子探針可以獲得其它的實(shí)驗(yàn)分析手段無(wú)法得到的信息，如原子級(jí)