金属在单向拉伸变形下原子扩散的第一性原理计算及高通量建模

发布时间：2024-03-08 05:20

　　扩散作为固体材料中唯一的物质传递方式,材料中的众多现象和性质都与之密切相关。而对大多材料而言,当其处于服役状态下,不可避免地会有变形产生。单向拉伸变形作为最常见的变形方式之一,探究单向拉伸变形对于材料中原子扩散的影响有着重要的意义。在此背景下,本文针对于单向拉伸变形下fcc金属中空位扩散行为进行了研究与建模,并探究了单向拉伸变形和稀土元素的固溶分别对铁素体中碳原子扩散的影响,主要的研究内容和结论如下:(1)通过第一性原理计算结合NEB(Nudged Elastic Band)方法,计算得到了在不同程度单向拉伸变形(1%,2%,3%,4%,5%)下的24种fcc金属(Ag,Al,Au,Ca,Co,Cu,Fe,Hf,Ho,Ir,Li,Mg,Na,Ni,Pb,Pd,Pt,Re,Ru,Sc,Tb,Th,Ti,Zr)中,当空位沿着不同路径扩散时的空位扩散能(Hvm)。研究发现空位垂直于单向拉伸的方向进行扩散时的Hvm值小于其沿着单向拉伸方向扩散时的Hvm值。说明在fcc金属中,空位(原子自扩散)更愿意沿着垂直于单向拉伸变形的方向进行扩散。(2)通过将原子尺度的空位扩散能(Hvm)同材料的宏观力学...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１材料内常见原子点缺陷示意图ＩＳＩ??

尽管相对于其他缺陷而言点缺陷各个维度的尺度都很小，但是它在晶格中也会形??成应力场。并且点缺陷作为实际晶体最简单也最常见的一类缺陷，对于晶体材料??的很多性质都有着很大的影响。如下图１．１所示，列出了晶体中常见的３种原子??点缺陷：１）空位（Ｖａｃａｎｃｙ），点阵晶格中的某个位置....

图１．３间隙机制扩散示意图??

?ＳｉｔｅＡ?Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ?Ｓｔａｔｅ?Ｓｉｔｅ?Ｂ??＼?；?Ｖａｃａｎｃｙ??图１．２空位机制扩散示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａｔｏｍｉｃ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｉｎ?ｖａｃａｎｃｙ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??而对于间隙机制，如....

图１．２空位机制扩散示意图??Ｆｉｕｒｅ?１．２ｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｒａｍ?ｏｆ?ａｏｍｉｃ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｉｎ?ｖａｃａｎｃｍｅｃｈａｎｉｍ??

图１．２空位机制扩散示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａｔｏｍｉｃ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｉｎ?ｖａｃａｎｃｙ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??而对于间隙机制，如图１．３所示其微观图像为溶质原子从晶格的一个间隙位??置迀移至另一个间隙位置。一般而言，采....

图１．４基于Ｎａｂａｒｒｏ－Ｈｅｒｒｉｎｇ蠕变机制下晶体内的空位的迁移，其结果会导致试样晶体长??Ｗ??

承受不同程度的应力和应变，对材料中原子的扩散产生影响。例如在经典的扩散??螺变机制，Ｎａｂａｒｒｏ－Ｈｅｒｒｉｎｇ蠕变机制［５，１１］中，Ｎａｂａｒｒｏ和Ｈｅｒｒｉｎｇ就认为当材料处??于高温低应力环境中时，空位会以图１．４所示的形式迁移，从而使得晶体沿着单??向拉伸变形的方向增....

本文编号：3922066