Cu-Co液相分離型合金熔體表征及凝固過程研究.pdf

1、液相分離型合金在通常冷卻條件下固態(tài)組織會(huì)由于重力作用而出現(xiàn)分層，使得其工業(yè)應(yīng)用受到限制。近年來隨著科技的發(fā)展，通過一些特殊方法可制備出完全不同于常規(guī)冷卻條件下的組織形貌，使得這類材料的應(yīng)用成為可能。對(duì)于液相分離型合金的熔體凝固過程和其微觀結(jié)構(gòu)特征的研究，有助于人們理解和制備出性能更好的合金材料。而實(shí)驗(yàn)上很難直接在高溫下觀測(cè)到合金熔體的許多特征，因此計(jì)算機(jī)模擬在這方面研究中一直起著非常重要的作用。本文基于Zhou的EAM作用勢(shì)，采用分子動(dòng)

2、力學(xué)模擬的方法對(duì)Cu-Co合金熔體的結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行表征;采用分子動(dòng)力學(xué)和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合方式，以Cu50Co50熔體為例，研究了快速凝固過程中液相分離過程及對(duì)凝固組織的影響;在此基礎(chǔ)上，為獲得相分離型非晶，通過添加Zr元素提高Cu-Co合金的非晶形成能力，得到如下結(jié)果:
　　對(duì)不同成分的Cu-Co合金熔體特征進(jìn)行研究。利用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法計(jì)算了偶分布函數(shù)、Bhatia-Thornton結(jié)構(gòu)因子和混合焓等參數(shù)。偶分布函數(shù)

3、的計(jì)算結(jié)果表明在Cu-Co、Cu-Cu、Co-Co三個(gè)偏偶分布函數(shù)中，同類原子對(duì)顯示出最高峰;不同成分的Cu-Co都為正的混合焓，且Scc(q)在q→0處呈明顯增加趨勢(shì);而計(jì)算得到的間接擴(kuò)散系數(shù)也呈中心對(duì)稱的拋物線趨勢(shì)。以上計(jì)算結(jié)果表明，Cu-Co合金熔體具有明顯的相分離趨勢(shì)。
　　對(duì)Cu50Co50合金熔體的結(jié)構(gòu)特性和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)模擬。計(jì)算得到的配位數(shù)等結(jié)構(gòu)參數(shù)表明Cu50Co50合金熔體中存在同種原子的聚集;通過原子軌

4、跡圖發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的降低，熔體中同種原子聚集程度增大，最終形成明顯的富Cu和富Co區(qū)域。Cu50Co50均方位移的計(jì)算結(jié)果表明，該合金的非晶形成能力較差。通過對(duì)不同冷速下凝固的Cu50Co50合金的微觀組織研究表明:在冷卻速度較快冷卻條件下（采用單輥快淬法），熔體凝固時(shí)成分分布較均勻，無明顯液滴形成;隨著冷卻速度的降低（銅模濺射法），同種原子有充分時(shí)間聚集，在富Cu的基體上出現(xiàn)富Co的小液滴，并隨著冷速的進(jìn)一步降低（銅模噴注），這些液滴