Mg/Al金属界面区结构的原子尺度计算研究

论文摘要

目前在世界能源危机的环境下,汽车与航空等交通部门急需新型质轻而可靠的结构材料,镁、铝及其合金以其优良的物理性质与机械性能成为最具应用前景的金属材料。为了同时发挥两种材料各自的优点,克服各自的不足,将两种材料结合使用引起了研究人员的广泛关注。本文应用分子动力学方法,采用Finnis-Sinclair合金势分别对Mg/Al熔融界面冷却后结构变化以及在Mg（0001）面上以不同方式和厚度堆叠Al原子后的界面区结构变化进行模拟研究。通过对Mg/Al界面及附近区域的局域晶体结构、对分布函数、原子平均势能和原子堆积结构等的分析,分别讨论了冷却温度对熔融Mg/Al界面区结构变化的影响以及在升温过程中Mg（0001）面上堆叠Al原子后界面区结构变化同Al原子堆叠方式与堆叠厚度之间的关系。模拟结果表明：熔融Mg/Al界面无序区域内的原子在冷却后可以部分恢复有序结构,形成一个HCP结构-无序-FCC结构的过渡区域；冷却温度对界面区结构变化具有明显影响；初始结构中界面两侧的Mg、Al基体之间取向关系对冷却后界面区的结构变化有影响；堆叠方式与堆叠厚度对升温过程中Mg（0001）面上堆叠Al原子后界面区结构变化具有显著影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 金属铝和铝合金
• 1.2.1 铝的性质与用途
• 1.2.2 铝合金及其应用
• 1.3 金属镁和镁合金
• 1.3.1 金属镁及其应用
• 1.3.2 镁合金及其应用
• 1.4 材料连接
• 1.4.1 材料连接原理
• 1.4.2 主要的金属材料连接工艺
• 1.4.3 Mg/Al异种金属连接
• 1.5 材料的镀膜与涂层
• 1.5.1 常用金属涂层技术原理与应用
• 1.5.2 Mg及Mg合金基体表面的Al涂层（镀膜）保护
• 1.6 本文研究的内容与意义
• 第2章 分子动力学方法
• 2.1 分子动力学的发展与基本原理
• 2.1.1 分子动力学常用的有限差分方法
• 2.1.2 Finnis-Sinclair势与嵌入原子势（EAM）
• 2.1.3 分子动力学中常用的恒温方法
• 2.1.4 初始条件
• 2.1.5 时间步长的选择
• 2.1.6 边界条件
• 2.3 本文模拟中使用结构研究方法
• 2.3.1 Ackland-Jones局域晶体结构判定方法
• 2.3.2 对分布函数（Pair Distribution Function,PDF）
• 2.3.3 原子平均势能和原子含量
• 第3章 冷却温度对熔融Mg/Al界面区结构变化影响的模拟
• 3.1 初始结构与模拟过程
• 3.2 冷却到不同温度下Mg/Al界面区的结构
• 3.2.1 Mg（0001）//Al（100）冷却到800K、500K和300K温度下界面区结构
• 3.2.2 Mg（0001）//Al（110）冷却到800K、500K和300K温度下界面区结构
• 3.2.3 Mg（0001）//Al（111）冷却到800K、500K和300K温度下界面区结构
• 3.3 小结
• 第4章 Al原子堆叠在Mg（0001）面上结构变化的模拟
• 4.1 初始模型与模拟条件
• 4.2 6层Al原子堆叠在Mg（0001）面上的模拟结果与讨论
• 4.3 8层与10层Al原子堆叠在Mg（0001）面上的模拟结果与讨论
• 4.4 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢