難熔金屬（V、Nb、W）低指數(shù)表面熔化的分子動力學(xué)模擬研究.pdf

1、表面對材料的性能有著重要影響。本文運用分子動力學(xué)方法和改進(jìn)分析型嵌入原子方法(MAEAM)研究了釩、鈮、鎢等難熔金屬低指數(shù)面(111)、(001)、(110)的微觀結(jié)構(gòu)與溫度變化之間的關(guān)系。 本文首先計算了體系中每個原子的平均能量來確定釩、鈮、鎢等金屬完整晶體的熔點，其結(jié)果接近于各自的實驗值。還研究三種金屬不同溫度下的熱膨脹系數(shù)，結(jié)果和已有的參考值接近。 受表面張力的影響，各低指數(shù)表面層間距隨溫度升高而發(fā)生變化，在相同溫

2、度下，(111)面的層間距變化最大，其預(yù)熔溫度最低，(110)面的層間距隨溫度變化最不明顯，其預(yù)熔溫度最高，而(001)面的層間距變化和預(yù)熔溫度則處于兩者之間。釩、鈮各低指數(shù)表面隨溫度升高出現(xiàn)收縮。 通過對釩、鈮、鎢各低指數(shù)面的原子位置、原子振動的均方值、層原子密度、層結(jié)構(gòu)因子、徑向分布函數(shù)模擬研究表明：在低于其熔點溫度下，各低指數(shù)面在自由表面處均附著一準(zhǔn)液態(tài)層而出現(xiàn)預(yù)熔現(xiàn)象，其中(111)表面最先出現(xiàn)預(yù)熔，(001)表面次之，

3、而(110)表面最后出現(xiàn)預(yù)熔。隨著溫度升高，(111)面、(001)面的預(yù)熔層逐漸內(nèi)層原子擴(kuò)展；而(110)面則不明顯，直到接近其熔點溫度時才在其表面出現(xiàn)預(yù)熔層。其原因是各低指數(shù)面的原子密度不同、原子排列方式的差異、表面不對稱性和原子振動非諧效應(yīng)增強(qiáng)等因素，使得各表面在低于晶體熔點溫度下出現(xiàn)預(yù)熔。研究還表明：V、Nb、W的各低指數(shù)表面都沒有出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，V、Nb的各低指數(shù)面以及W(111)面在低于其各自的熔點下，整個試樣已經(jīng)完全處于無序