当地CoxB100-x非晶态合金微观组织的模拟

范教授Khac挂,做明Nghiep,黄平君Van色调和Nguyen Van香港

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AZojomo (ISSN 1833 - 122 x)2006年3月卷2

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介绍

计算方法

结果和讨论

结论

确认

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详细联系方式

文摘

我们提出一个模拟微观结构的非晶态系统有限公司_xB_{100 - x},其中x = 90, 81.5, 70。结构性缺陷像大毛孔(空缺)和几个毛孔分组更复杂对象的确定和分析。计算预测存在显著的调查中的这些缺陷浓度合金。其他地方特色,如免费卷中心原子周围也和他们的角分布计算提供互补的无定形结构的描述。

关键字

非晶态,毛孔,毛孔集群,模拟

介绍

非晶态材料的局部微观结构一直是许多研究的主题(1 - 8)。感兴趣的是由几个毛孔形成的毛孔和集群负责不同寻常的特性不观察晶体。一些研究人员认为,大孔隙的存在非晶态固体是不大可能的。然而,最新的仿真表明这些毛孔是相当稳定的。实验研究了正电子湮没、小角x射线散射和电子显微镜已经表明,检测微孔晶体相似职位空缺。在一些真正的非晶合金实验发现这些“quasivacancies”结合集群。

陈和艾略特[9]计算孔隙的大小分布的非晶硅由蒙特卡罗方法的模型。他们发现有3.1 x10²¹毛孔/厘米³半径为1.28(原子半径)。类似的计算孔隙大小分布的非晶态金属模型也发现大毛孔(半径接近原子半径)和显著的浓度(4、6和7)。其他系统Co-P和Co-B[4]发现大毛孔周围一个磷原子的数量远远大于一个周围的硼原子。此外,大毛孔周围的钴原子的数量在系统Co-P大于一个Co-B周边钴原子系统。介绍简单的几何措施量化微观结构秩序的前景持有澄清结构紊乱和物理性质之间的关系。最近,它是泰森多边形法多面体,配位数,键角分布等,可用于识别的结构inhomogenities非晶态材料。欧洲杯足球竞彩然而,毛孔特点报道在以前的作品如半径分布和毛孔周围的中心原子的数量不能完全描述孔的问题。此外,由于小模型(几千个原子)只有从几大毛孔很难估计这些vacancy-like毛孔的扩散作用。在这个工作我们已经完成一个模拟微观结构的大型非晶态模型有限公司_xB_{1 - x}提供以下:

我。集群由毛孔的大小分布可以发现只有在大型模型和非晶态金属系统还没有被调查。

二世。一些新的地方结构特点,提供额外的洞察力Co-B无定形结构的系统。

三世。精确的浓度vacancy-like毛孔。

计算方法

计算进行了三个模型有限公司_90年B₁₀、有限公司_81.5B_18.5和有限公司_70年B_30.包含200000个原子在立方模拟细胞周期性边界条件。初始状态的模型是一个随机排列的原子模拟细胞。这些模型的密度被选为真正的非晶态合金的密度。然后系统放松直到达到新的平衡状态。最后是通过统计的20000步放松。在[5]的非晶合金棒子是Pak-Doyama潜力,所构造的模型获得良好的协议与实验部分pair-distribution函数(PDF)。这种潜在的具有以下形式:

ϕ(r) = (r-b)⁴+ c (r d)²+ e(1)

在r和ϕ(r)分别在和电动汽车。(1)被切断了在一个距离R表1中列出。

表1。原子间的参数系统Co-B潜力。

每次运行后,PDF和本地计算结构特点。确定组四个邻居毛孔所有原子模型中。两个原子被认为是邻居如果他们距离小于5.5。然后一个球体插入接触这些球形原子。钴和硼原子的半径分别为1.25和0.81。插入的孔隙可能重叠与原子球或其他毛孔。第一案例插入孔被从系统中删除。在第二种情况下,去除小的孔将被执行,如果这些重叠的毛孔和他们之间的距离r半径r₁和r₂(右₁< r₂)满足以下条件:

r₁+ r₂+ r < 2 r₂+ 0.1 r₁(2)

条件(2)允许保留最大的孔隙和删除组重叠的毛孔,小的几乎坐落在一个大的孔隙。基于组获得了毛孔,下一步是以下参数的计算:

我。所有孔的半径分布在f1 (r)模型。

二世。三个项目的大小分布:

- - - - - -对孤立孔隙没有相交与其他毛孔f2 (d)。

- - - - - -两个重叠的毛孔f3 (d)。

- - - - - -超过两个重叠的集群毛孔f4 (d)。

图1给出了这三种物品的形状,显示了如何评估他们的直径。他们被称为结构性缺陷的A、B和C类型分别。缺陷C包含一个中心孔和其他小毛孔周围。缺陷的直径C是计算平均直径的孔缺陷。

三世。孔的数量分布中心原子周围f5 (N)和原子的数量分布f6 (Z)接触中心孔。

第四。角分布f7(θ),θ是一个四面体的角是由四个原子与中心联系孔(见图1)。

额外的特征,阐明了当地的原子排列是中心原子周围的自由体积,如图1所示。为了计算这个参数10000点插入随机范围内位于一个半径为R的中心原子的中心_f等于3.4。这半径对应于第一个最低对可可脂的PDF。确定一个中心原子周围的自由体积

V = 4π(R_f)³n / (3 * 10000)(3)

其中n是数量的插入点以外的原子领域的模型。为了方便起见,non-unit参数V₀= 3 v / 4π(R_f)³= n / 10000计算,而不是V。

结果和讨论

构造的PDF模型有限公司_81.5B_18.5是显示在图2。其他模型的PDF也有类似的形式。一般来说,所有pdf模型获得接近数据报告[7]对小排量车型。图3显示了计算总x射线PDF和比较实验数据[10]。我们可以看到,模拟再现了实验数据相当不错。

孔隙半径分布系统有限公司_81.5B_18.5图4所示。有两个峰值。第一个峰值位于0.32和0.52第二个。孔的数量和半径大于0.9是0.00474每原子毛孔。最大的孔隙半径等于1.38。所示[1]这些大毛孔可以交换他们的位置与邻近的原子,因此他们可以发挥作用的空缺扩散过程。这些毛孔称为vacancy-like毛孔。表2列出了数量的大空腔半径大于0.9一个和半径最大的毛孔中发现三个模型。列在表2系统有限公司_70年B_30.每个原子有0.01468 vacancy-like毛孔和发现的最大孔隙半径等于1.66。相应的值模型有限公司_90年B₁₀分别为0.00288和1.30。这些数据表明的小原子B破坏基本无定形结构和创建新的缺陷。

图4。非晶的孔隙半径分布模型有限公司_81.5B_18.5

表2。每个原子和大型蛀牙的数量最大的孔隙半径的非晶态合金。

图5展示了大小分布的结构性缺陷,B和C类型。分裂的两个sub-peaks这里没有观察到如图4所示。因此第二高峰半径分布f1 (d)与更复杂的类型B或C的缺陷。分布f2 (d), f3 (d)和f4 (d)为非晶态模型有限公司_90年B₁₀和有限公司_70年B_30.类似于有限公司_81.5B_18.5模型。的峰值分布的缺陷A, B和C是位于0.62,分别为1.28和1.90。小山峰的高度差。其值缺陷的有限公司_70年B_30.、有限公司_81.5B_18.5和有限公司_90年B₁₀模型是等于0.2488,分别为0.2967和0.3229。一般来说,f2 (d)分布与富硼广泛传播模型。表3列出了分数的所有缺陷形成的毛孔。很明显,通过增加硼浓度系统导致降低缺陷的一部分,但会增加缺陷B和C的分数。缺陷的分数从0.7206下降到0.6743,同时增加,硼的浓度。反过来说,部分C缺陷包含更多的两个孔增加了从0.1172到0.1484的模型有限公司_70年B_30.和模型有限公司_90年B₁₀。这些数据还显示与硼添加在系统增加结构性障碍。

图5。结构性缺陷的大小分布类型,B和C在非晶态模型有限公司_81.5B_18.5

表3所示。非晶合金的结构缺陷的分数

重要的信息提供的本地原子排列角度分布f7 (θ)这个角分布系统有限公司_81.5B_18.5图6所示。角分布的峰值附近的60⁰负责正确的四面体。的模型有限公司_70年B_30.曲线的最大f7 (θ)位于55⁰和更广泛的传播比系统有限公司_81.5B_18.5。反过来说,模型有限公司_90年B₁₀尖锐的峰f7 (θ)。这意味着四面体的四个邻居原子和包含一个内部孔隙(图1)强烈扭曲的如果是一个大孔隙内。

中心原子周围的毛孔和原子接触孔的数量分布在一个宽间隔从1到25和4分别为18。如图8和9这些分布转向正确的钴原子相比,硼原子。毛孔周围的一个中心原子的平均数量是9和15 B和原子分别。相比与毛孔的水晶这个值相当大。因此,激活扩散机制以及非晶态合金间隙与晶体相比可能有特定的属性。接触孔的平均数量的原子值分别为13和9有限公司和B。类比毛孔数量分布的情况下,原子的数量分布也转向对钴相比,硼原子。一些特征分布f5 (N)和f6 (Z)如表4所示。

表4所示。特征的数量分布毛孔和原子接触孔。

图9描述了一个原子周围自由体积的分布。他们的转变对硼原子。从图8可以看出,周围的自由体积分数相当大的比钴硼原子。大约有8%的硼原子周围的自由体积分数他们平等到0.7。很明显这些的地方被称为“扩大头寸”。钴原子这个分数对应于一个浓度小于1%。然而大约有6%的钴原子和不超过1%硼原子的自由体积分数小于0.5。因此它与“压缩位置”。

结论

非晶的结构有限公司_xB_{100 -x}模型与一对Pak-Doyama潜力接近实验数据。有大量的大型vacancy-like毛孔在这些非晶合金。这种毛孔强烈的数量改变了硼浓度。分析不同类型的集群的分布由毛孔,发现所有vacancy-like毛孔向集群中涉及两个以上的毛孔。大约估计他们相当直径大于钴原子的直径。因此,这种结构性缺陷可以发挥重要作用在非晶态合金扩散。角的计算,孔数,原子数和自由体积分布表明,增加硼浓度系统疾病非晶合金的结构。它已经表明,钴原子附近有比硼原子周围原子和毛孔。反过来说,一个硼原子周围的自由体积分数大于1周围的钴原子。此外,获得自由体积分布的存在还表示“扩大”和“压缩位置”非晶态结构。

确认

d . k . Belashchenko教授是感激承认有用的讨论和评论的手稿。

引用

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详细联系方式

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这篇文章也发表在印刷形式“材料和材料加工技术的进步”,卷8 [1]。欧洲杯足球竞彩49- - - - - -54(2006。