Регистрация / Вход
Прислать материал

Компьютерное моделирование процесса аморфизации чистых металлов методом молекулярной динамики, для определения их физических свойств

ФИО: Царьков А. А.

Направление: Материаловедение

Научный руководитель: к.т.н. Чурюмов А.Ю.

Институт: Институт экотехнологий и инжиниринга

Кафедра: Кафедра Металловедения цветных металлов

Академическая группа: МТМ-13-1

Одним из наиболее хорошо разработанных вариантов метода частиц является метод молекулярной динамики, на протяжении последних десятилетий интенсивно использующийся для исследования физико-химических свойств материалов. Молекулярная динамика – метод, используемый для определения макроскопических свойств системы из N тел, в котором движение частиц подчиняется второму закону Ньютона. Система состоит из атомов, взаимодействующих друг с другом согласно некоторому потенциалу (или нескольким потенциалам) взаимодействия. В классической молекулярной динамике положения атомов вычисляются из начальных условий (ro,vo) посредством решения уравнений движения

В работе был смоделирован процесс быстрого (Vc ≈ 1012 K/c) охлаждения расплавов чистых металлов (Zr, Fe, Ni, Ti, Al, Mg, Cu, Pd). Размер ячейки составлял 4000 атомов. При расчете взаимодействия использовалась модель погруженного атома (embedded atom model, EAM). Процесс проходил в 3 этапа:

1. Нагрев ячейки до Т = 2500 К, (~ 10 000 шагов);

2. Выдержка при Т = 2500 К, (~ 50 000 шагов);

3. Охлаждение до Т = 300 К, (~ 20 0000 шагов).

Как видно из изображений атомной структуры чистого Ni, конечная структура образца является аморфной с небольшим количеством наноразмерных кластеров с решеткой типа ОЦК. При более высоких скоростях охлаждения конечная структура была полностью аморфной. По полученным данным были получены зависимости плотности расплава от температуры, плотность чистых металлов в аморфном состоянии и оценена примерная температура стеклования Tg.

а) исходное состояние (кристалл), б) конечное состояние (стекло)

Рисунок 1 – Структура ячейки при Т=300 К.

Работа выполнена при поддержке гранта №К2-2014-013 в рамках повышения международной конкурентоспособности НИТУ «МИСиС».