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Al_3Li相沉淀的原子层面计算机模拟

李晓玲  
【摘要】: 基于离散格点形式的微观扩散方程和非平衡自由能函数,在国内首先编制了Al_3Li(δ′)相沉淀的原子层面计算机模拟程序,可适用于沉淀早期至后期粗化,以及从亚稳区到失稳区的全范围;通过对原子图像、序参数、有序相体积分数等的模拟和计算分析,系统研究了相图上不同区域的合金中δ′相的沉淀机制,探明了沉淀机制随浓度的变化规律,并首次揭示了沉淀机制在跨越平均场失稳线时的行为;为客观地验证模拟结果,将其与国、内外相关的实验研究和理论进行了比对,主要结果获得印证,并得到了目前实验手段未能或难以发现的现象和规律。主要研究发现: 只有处在无序相界附近的合金沉淀机制基本为经典形核长大,δ′相直接从过饱和固溶体中沉淀,序列为:过饱和固溶体→化学计量比δ′相→长大。随浓度增加,大部分亚稳区合金沉淀非经典形核长大的特征增强,有序相临界晶核序参数分布曲线降低,且分布更加平缓,沉淀序列为:过饱和固溶体→非化学计量比有序相→化学计量比δ′相→长大,非化学计量比有序相并非热力学意义上的亚稳相,研究工作明确了这一点。有序化与原子簇聚过程同时发生,没有发现GP区的存在。 失稳区合金δ′相的早期沉淀机制为:等成分有序化+失稳分解,有序化先于原子簇聚发生。等成分有序化产生非化学计量比的单相有序畴,并被反相畴界分开。失稳分解为一特殊的分解类型,主要发生在反相畴界处,并形成无序相,反相畴界处的失稳分解促进畴内的失稳分解,在畴内形成无序相,但随时间延续,畴内无序相逐渐消失。失稳区合金沉淀序列为: 过饱和固溶体(?)非化学计量比有序相(?)化学计量比δ′相 等成分有序化也需要孕育期,首次发现随初始浓度的增加,孕育期缩短,等成分有序化速度加快,而失稳分解的速度相对减慢,有序相体积分数增加。 首次对既存在有序化又存在原子簇聚的复杂体系中平均场失稳线上合金的沉淀机制进行计算机模拟。发现处在无序失稳线和有序失稳线上的合金沉淀机制均没 西北工业大学工学博士学位论文 有发生不连续转变,合金沉淀在跨越平均场失稳线时是光滑过渡的,其中,无序 失稳线上合金沉淀机制为非经典形核长大,与亚稳区靠近失稳线一侧的沉淀机制 相似;有序失稳线上的合金沉淀机制为非经典形核长大十失稳分解,与失稳区靠近 失稳线处合金沉淀机制更接近,但有一定差异,沉淀序列为: 非经典形核长大冲,,、* 过饱和固溶体一非化学计量比有序相巴堕理生+化学计量比6相 首次系统研究了过渡区内6,相沉淀机制随浓度的变化,发现过渡区内合金,随 浓度增加,逐渐由亚稳区合金的沉淀特征向失稳区合金沉淀特征转变,主要表现 为:有序化过程比原子簇聚提前、加快;有序相形成时浓度降低,尺寸变大直至 形成浓度起伏很低的单相有序畴;有序相出现失稳分解等。 在不同的区域,粗化有不同的表现形式:在亚稳区,与(形核)长大交叠;在失 稳区,与失稳分解交叠;在过渡区,与长大和失稳分解混合机制交叠。对于所有 浓度的合金,有序相平均半径的立方与时间仍基本满足线性关系,但随浓度增加, 斜率增加,粗化速率增大。 首次发现L12有序畴之间首先形成较宽的重合位置点阵,随时间延续,重合位 置点阵逐渐向Ll:结构转变,在两有序畴之间形成反相畴界,随后,由于合金发生 分解,反相畴界被有序一无序界面替代。 首次提出有序相胚芽的稳定与否,不但与其尺寸大小有关,而且取决于胚芽中 B位置Li原子出现几率的高低,因而有序相临界晶核的判据应包括B位置Li原子 出现的几率。


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