Fe-Al體系擴散相關性質(zhì)的研究.pdf

1、擴散過程與原子隨機的熱運動有關，這些熱運動能產(chǎn)生宏觀的濃度分布變化。研究擴散過程可以提供許多有關材料的原子結(jié)構以及缺陷演變過程相關的有用信息。擴散與材料的制備、熱處理、以及蠕變過程都有密切關系。鐵和鋁都是工業(yè)生產(chǎn)中的重要原材料，在建筑、汽車、航天航空等領域都有廣泛的應用。研究鐵、鋁的擴散性質(zhì)，有助于了解這兩種不同晶體結(jié)構金屬的擴散微觀機制，且對改善材料性能、改進材料鍛造工藝等有重要指導意義。本文通過分子動力學方法，采用嵌入原子相互作用勢

2、(EAM)對Fe和Al擴散過程進行了模擬。得到的結(jié)果與已有的理論的結(jié)果以及實驗值符合得較好，計算結(jié)果也表明鐵和鋁的自擴散主要通過空位機制進行。論文的主要結(jié)果如下:
　　用靜力學方法比較Fe、Al中不同結(jié)構的空位和自間隙原子點缺陷形成時所需的能量，得到Fe、Al中最穩(wěn)定的空位和自間隙原子結(jié)構。并用NEB方法計算了這些結(jié)構經(jīng)不同路徑躍遷所需克服的勢壘大小，結(jié)果顯示空位躍遷到第一近鄰位置的激活能最低，是自擴散中最可能發(fā)生的躍遷機制。再在

3、Fe、Al塊體中引入空位缺陷對其自擴散進行分子動力學模擬，得到的擴散系數(shù)與實驗值符合得很好。
　　除了空位和間隙原子這兩種最簡單的缺陷，雜質(zhì)原子是實際材料中一種不可避免的缺陷?？紤]到硼元素可以提高鋼的表面硬度和改善鋁的導電性能，同時硼也是改善鐵鋁金屬間化合物脆性的重要元素。本文對單個硼原子在Fe、Al中的穩(wěn)定存在的位置及擴散進行了計算。硼原子傾向于替代晶格中Fe、Al原子的位置，并通過躍遷到第一近鄰空位進行擴散。由于硼原子的存在，

4、還會對其附近空位的形成能產(chǎn)生影響。Fe中B原子周圍第一近鄰空位的形成能比純Fe中的空位形成能高，而B原子第二近鄰空位形成能比純Fe空位形成能低。Al中B第一近鄰和第二近鄰空位形成能都比純Al中空位形成能高。
　　最后本文還用分子動力學模擬了Fe-Al界面的擴散過程，發(fā)現(xiàn)主要為Fe原子擴散進入Al中，且溫度越高，擴散到Al中的Fe原子越多、越遠。相同溫度下，Al原子的運動速度比Fe原子快，但由于Al擴散的遷移能比Fe高，只有少量Al