Al-Cu合金扩散系数的分子动力学模拟研究

王少刚，刘翠霞，坚增运

(西安工业大学 材料与化工学院,西安 710021)

Al-Cu合金具有高强度，极好的耐热性和加工性能，并且易于焊接，因而广泛应用于航天飞行器轻型装甲以及汽车的零部件等民用领域[1-3].Al-Cu合金扩散系数的研究对于材料的性能有着重大的现实意义[4-6].在以往的液相扩散系数模拟中，通常将液相的扩散系数作为与温度和合金成分无关的常数，这种简化处理会造成定量描述凝固组织结构的准确性降低[7].液相的扩散系数在理论和实际测量中影响因素很多，难度远远高于气体和固体.目前的理论模型还不能对液相扩散系数有较为准确地计算和预测[8-9]，在实际测量中也有相当大的难度.当前在研究液相扩散系数时所采用的方法大都基于Miedema模型和Eyring模型，文献[10]创造性地将基于反应速率的过渡态理论应用到液体黏性流动过程，推导出Eyring黏度方程，将wigner-seitz从纯金属推广到二元合金得到Miedema模型来计算生成热.文献[11-13]在两个模型的基础上，通过动力学模拟计算了Al合金的非晶化转变温度，并且通过相场法模拟得到了连续冷却凝固下的微观组织.而在Al合金凝固过程中的原子扩散情况无相关的模拟分析[14-15]，因此，本文采用嵌入原子势 (Embedded Atom Method，EAM)对Al0.67Cu0.33凝固过程的扩散系数进行计算机模拟，通过模拟不同初始温度和不同弛豫时间对凝固过程扩散系数的影响，解释凝固过程中扩散的本质，为Al-Cu合金的发展奠定理论基础.

1 实验模型与方法

文中主要以Al0.67Cu0.33合金……