【摘要】：擴散過程與原子隨機的熱運動有關(guān),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(guān)材料的原子結(jié)構(gòu)以及缺陷演變過程相關(guān)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(guān)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(lǐng)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(gòu)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(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(gòu)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(gòu)。并用NEB方法計算了這些結(jié)構(gòu)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,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A1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A1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原子能夠進入Fe中。
[Abstract]:The diffusion process is related to the random thermal movement of atoms, which can produce macroscopic concentration distribution changes. The study of diffusion process can provide a lot of useful information about the atomic structure of materials and the evolution of defects. Diffusion is closely related to material preparation, heat treatment, and creep process. Iron and aluminum are important raw materials in industrial production. They are widely used in construction, automobile, aerospace and other fields. The study of the diffusion properties of iron and aluminum is helpful to understand the diffusion mechanism of these two kinds of metals with different crystal structure, and it is of great significance to improve the properties of materials and the forging process of materials. In this paper, the diffusion processes of Fe and Al are simulated by using the embedded atomic interaction potential (EAM) by molecular dynamics method. The results are in good agreement with the theoretical and experimental results. The calculated results also show that the self-diffusion of iron and aluminum is mainly carried out through the vacancy mechanism. The main results of this paper are as follows: the energy required for the formation of defects in vacancies and self-interstitial atomic dots in Fe,Al is compared by statics method, and the most stable vacancy and self-gap atomic structures in Fe,Al are obtained. The NEB method is used to calculate the potential barrier size of these structures which need to be overcome by different paths. The results show that the activation energy of the vacancy transition to the first nearest neighbor is the lowest, which is the most likely transition mechanism in self-diffusion. Then the vacancy defects are introduced into the Fe,Al block to simulate the self-diffusion. The diffusion coefficient is in good agreement with the experimental data. In addition to the two simplest defects, vacancy and interstitial atoms, impurity atoms are an inevitable defect in practical materials. Considering that boron can improve the surface hardness of steel and improve the conductivity of aluminum, boron is also an important element to improve the brittleness of iron-aluminum intermetallics. In this paper, the stable existence and diffusion of single boron atom in Fe,Al are calculated. Boron atoms tend to replace the positions of Fe,Al atoms in the lattice and diffuse by transition to the first nearest neighbor vacancy. The formation energy of the first nearest neighbor vacancy around B atom in Fe is higher than that in pure Fe. The second nearest neighbor vacancy formation energy of B atom is lower than that of pure Fe vacancy formation energy, and the energy of B first nearest neighbor and second nearest neighbor vacancy formation in Al is higher than that in pure A1. Finally, the diffusion process of Fe-Al interface is simulated by molecular dynamics. It is found that the diffusion of Fe atoms into Al is the main one, and the higher the temperature, the more and farther Fe atoms diffuse to A1. At the same temperature, Al atoms move faster than Fe atoms, but only a few Al atoms can enter Fe because the transfer energy of Al diffusion is higher than that of Fe.
【學位授予單位】：廣西大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG111.6

【共引文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張林;張振剛;翟彥召;陳聰聰;;萘狀斷口仔晶形成原因及對鉆頭斷裂的影響探討[J];工具技術(shù);2014年03期

2 田曉鋒;陳杰;張楠;牟懷飛;李忠亮;;試棒、仿齒形試塊與齒輪的滲碳質(zhì)量對比研究[J];熱處理技術(shù)與裝備;2014年02期

3 王偉;朱成麗;吳洪亮;李曉紅;;耐張線夾內(nèi)鋼芯鋁絞線斷裂原因及斷口特征[J];腐蝕與防護;2014年03期

4 羅揚;田文懷;石高鋒;成生偉;;退火對高速電鑄鎳組織和塑性的影響[J];材料工程;2014年04期

5 劉翠霞;呂志剛;郭艷妮;朱滿;;基于CDIO的《材料科學基礎(chǔ)》教學方法改革研究[J];廣州化工;2014年05期

6 林宗德;陳文;;淺談40Cr鋼調(diào)質(zhì)熱處理工藝及組織性能[J];裝備制造技術(shù);2014年04期

7 寧媛;張鵬;介軍;;分子動力學中晶體位錯的三維可視化系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J];電腦知識與技術(shù);2014年16期

8 宋克興;張亞;張彥敏;趙培峰;王海燕;;壓力條件下固-液復合法制備銅/鋅復合材料的研究[J];材料導報;2014年10期

9 李慧;梁精龍;李運剛;張芬萍;;退火過程中Si的擴散行為研究[J];工業(yè)加熱;2014年04期

10 吳洪亮;李曉紅;朱成麗;竇洪;;高壓輸電導線局部破損-斷裂機理及風險評估[J];東南大學學報(自然科學版);2014年05期

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 王壘;Ti_3AlC_2與Al的高溫反應研究[D];山東理工大學;2012年

2 劉鵬;高磁響應單分散Fe_3O_4磁性微球制備及相關(guān)性能研究[D];東華大學;2014年

3 莊園;新型高性能鎂合金的制備與組織性能研究[D];哈爾濱理工大學;2013年

4 李映波;制備工藝及Si含量對14Cr-ODS鐵素體鋼組織性能的影響[D];華中科技大學;2013年

5 袁廣鵬;稀土對含銅鐵素體不銹鋼中夾雜物的影響[D];東北大學;2012年

6 楊雨潭;軋制和熱處理對Cu合金組織和性能的影響[D];太原科技大學;2014年

7 嚴孟凱;Mo_2FeB_2基金屬陶瓷的制備與摩擦學性能研究[D];蘭州理工大學;2014年

8 王艷磊;外層氣體影響GPCA-TIG焊電弧和焊縫性能的研究[D];蘭州理工大學;2014年

9 陳寶龍;水熱法合成TiO_2薄膜及其憶阻特性的研究[D];濟南大學;2014年

10 蘇謀;模具的鉻釩稀土多元復合共滲技術(shù)研究[D];重慶理工大學;2014年

，

本文編號：2293612