B2型NiAl合金原子间势构建及简单应用

论文摘要

合金材料具有其优异的性能,在能源、化工、冶金等诸多领域中得到广泛应用,而NiAl合金作为一种高温结构材料有着广阔的应用前景,特别是在宇航工业中,但其缺点是室温塑性差,高温强度低,在一定程度上限制了它的应用。金属材料的性能依赖于成分、结构和合金化元素等因素,因此从原子层次研究影响NiAl合金性能的微观机制受到了人们的关注。以原子间相互作用势为基础的原子和分子水平的计算机模拟是研究材料性能的主要手段,能够为在原子层次上理解材料的不同问题提供帮助,这为材料微观结构的研究也提供了一种方法,所以能找到精确描写原子间互作用的势函数是十分必要的。本文概述了适用于金属的原子间相互作用势的主要类型及发展状况,简单叙述了以原子间互作用势为基础的计算机模方法及发展状况,详细的介绍了Embedded Atom Method(EAM)势模型,构建了Ni、Al及其B2型NiAl合金的原子间EAM势,利用它们的晶格常数、结合能、未弛豫空位形成能、弹性常数和各向异性比的实验数据拟合了纯金属Ni、Al及其NiAl合金的EAM势。为了检验所构建势的可靠性,以Rose结合能曲线作为参考,进行比较,得到了满意的结果。由于势函数的截断距离对势函数性能影响较大,为此本文对势函数进行截断处理后,计算了Ni、Al及其NiAl合金的结合能,Al及其NiAl合金结合能与实验值符合的很好,而Ni的结合能与实验值偏差相对过大。讨论了Ni、Al和NiAl合金结构的稳定性,计算结果表明,Ni和Al的fcc(hcp)结构比bcc结构稳定,而NiAl合金的bcc结构比fcc(hcp)结构稳定,与事实相符。计算了Ni、Al和NiAl合金的单空位形成能,Al及其NiAl合金空位形成能与实验值符合的很好,Ni值不太理想,分析了Ni的结合能和空位形成能与实验数据及一些理论计算结果之间的偏差的原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 NiAl 合金原子间势函数的研究进展
• 1.2 NiAl 合金的研究现状
• 1.3 研究内容和研究意义
• 第2章 金属及合金的原子间势及应用
• 2.1 对势模型
• 2.1.1 长程势
• 2.1.2 短程势
• 2.2 嵌入原子模型
• 2.2.1 分析型嵌入原子模型（AEAM）
• 2.2.2 改进型嵌入原子模型（MEAM）
• 2.2.3 Finnis-Sinclair（F-S）势
• 2.3 原子间势的应用
• 2.3.1 分子动力学方法
• 2.3.2 蒙特卡洛方法
• 第3章 NiAl 合金的EAM 势构建
• 3.1 势函数与物理量的关系
• 3.1.1 与弹性常数的关系
• 3.1.2 空位形成能
• 3.2 势参数拟合
• 3.2.1 对势参数拟合
• 3.2.2 嵌入函数参数拟合
• 3.3 拟合结果
• 第4章 Ni、Al 和 NiAl 合金势的检验及简单应用
• 4.1 势的检验
• 4.1.1 弹性常数
• 4.1.2 态方程
• 4.1.3 结构稳定性
• 4.2 势的应用—空位形成能计算
• 4.2.1 Ni、Al 单位空位形成能
• 4.2.2 NiAl 合金的单位空位形成能
• 第5章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 讨论
• 5.3 展望
• 致谢
• 参考文献