Ni-Al-V合金中异相界面成分及其演化的微观相场模拟.pdf

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1、第41卷第8期稀有金属材料与工程Vo1．41．NO．82012年8月RAREMET札MATERIALSANDENGINEER1NGAugust2012Ni．A1．V合金中异相界面成分及其演化的微观相场模拟张明义，杨坤，陈铮，王永欣，范晓丽(西北工业大学凝固技术国家重点实验室，陕西西安710072)摘要：基于微观相场模型模拟Ni—Al—v合金沉淀过程，研究合金中有序无序界面和异相间有序畴界的成分及其演化。研究表明，合金元素的偏聚和贫化与界面类型有关。在DO22相与无序相间的有序无序界面处，Ni和Al偏聚，V贫化：在L12相与无序相间的有序无序界面处，

2、Ni和Al贫化，v偏聚；在异相间有序畴界处，v在界面的DO22相一侧贫化，在界面的L12相一侧偏聚；Al则在界面的DO22相一侧偏聚，在界面的L1z相一侧贫化。Ni的成分分布与界面的形成方式有关。随着时间的进行，界面处合金元素的成分分布变得更加明锐，但合金元素的偏聚和贫化倾向不变。关键词：微观相场；Ni．A1．v合金；有序无序界面；成分偏聚；成分演化中图法分类号：TG111．5文献标识码：A文章编号：1002—185x(2012)08，1376．05界面科学的目标是在全面且深入认识和理解界面场模型模拟Ni．A1．V合金沉淀过程，研究合金中有序无原子

3、层次结构及其界面对材料行为影响的基础上，推动序界面和异相间有序畴界的成分及其演化。先进材料生产技术的发展从而最优化材料的性能_lJ。界1微观相场动力学模型面成分偏聚对材料性能有很大的影响，如金属间化合物的低温脆性，合金的相稳定性均可通过掺杂金属改变界基于微观扩散方程，由Khachaturyan⋯]创建的微面成分来获得改善。对界面成分及其界面原子层次的结观相场模型，是一种离散格点形式的Cahn．Hilliard方构进行研究，对认识和理解多晶材料中微结构及其性能程。Poduri[12,131等人对其作了发展并应用于二元和三元之间的本征联系具有重要的作用

4、。在原子尺度研究界面真实合金，应用微观相场模型研究二元和三元合金体系成分及其演化规律，计算机模拟方法具有独特的优势并的相变和粗化过程发现，模拟结果和实验结果符合得相获得越来越广泛的应用。当前，MolecularDynamics，当好【141]。对于三元合金系统，用(r，t)，(，f)，MonteCarlo，PhaseField和FirstPrinciple等方法在研究尸r(r，t)分别表示A，B，C原子t时刻在晶格位置r处界面成分及其演化规律方面均有应用，尤其是在传统实的占位几率，由于尸A+尸B+Pc=1，所以三元验手段无法直接测量和研究的领域，如

5、界面原子层次的合金的微观相场模型只有两个独立的方程，具体为：结构与界面成分及其动态行为之间的联系。不仅如此，还可以研究界面成分与界面力学、材料物理和化学性能_dPA(r,t)[(r√)瓦3F+√，]醌OF)]()之间的关系【。】。Ni．A1一V合金因其优越的高温性能而备受关注，合dPB(r,t)=√)√)]金相变过程的微观组织演化规律被广泛研究[8,91。利用式中，B一，，)是与单位时间内一对6c和原子在格MicroscopicPhaseField模型在研究镍基合金沉淀过程点位置和r上的交换几率有关的常数，，=A，B或中有序畴界迁移的过程中发现[】

6、们，界面成分和界面迁C；T为温度；kB为波尔兹曼常数。体系总自由能F移性与界面原子层次的结构有关。MicroscopicPhase采用平均场自由能：Field这种原子尺度的研究方法不仅可以在原子尺度跟踪界面的迁移，实现对界面处原子动态行为进行研究，一卜l(2)而且可以获得微观组织演化的信息。本工作基于微观相+PA(r)ln(尸A(r))+(r)ln((r))十足(r)11l((r))]收稿日期：2011-08—09基金项目：国家自然科学基金(50941020，10902086，50875217，20903075)；西北工业大学博士创新基金(xc20

7、0905)作者简介：张明义，男，1982年生，博士，西北工业大学凝固技术国家重点实验室，陕西西安710072，电话：029—88486023．E-mailzmy1688@gmail．tom·1378·稀有金属材料与工程第41卷异相间有序畴界的形成有两种方式：(1)L12相在散至L12相，因此在界面处贫化。然而，随着时间的DO22相与无序基体的界面处析出，形成了异相间有序进行，合金元素的偏聚和贫化程度变小。畴界，如图2c中箭头E和F所指界面，分别为界面图4a为界面(001)D／／(002)L(对应图2c中箭头E(001)D／／(oo2)L和(100)

8、D／／(200)L；(2)随着L12相与所指界面)的成分分布及其演化，此类界面是L12相DO2相的长大，两相的碰撞也形成异