Cu原子在Al-Cu合金中的扩散行为原子尺度模拟

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摘要了解了Al-Cu合金的应用以及时效沉淀强化效果，认识到Cu原子扩散在时效过程中的作用，采用分子动力学(MD)模拟的方法，计算了模型纯铝和铝铜合金的扩散系数，及其与温度的关系。计算结果表明：对不同空位浓度下Cu在Al-Cu合金中的扩散系数的计算与实验结果符合较好；扩散系数与温度的关系均服从D=D0-e E/RT的关系，对纯铝自扩散系数和Cu在Al-Cu合金中的扩散系数M D模拟结果进行拟合，得到纯铝自扩散系数和Cu在Al-Cu合金中的扩散系数的扩散激活能分别为8.09kJ/mol和8.53kJ/mol。67172

毕业论文关键词：扩散分子动力学（MD）扩散激活能 EAM

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title Atomistic Simulation of Cu Diffusion in Al-Cu alloys

Abstract

The application of Al-Cu alloys and the effect of the aging precipitation strengthening are primary known by searching the library. The role of the diffusion of element Cu in the aging strengthening period is also cleared by discussion. The diffusivity of metal Al and Al-Cu alloys are calculated by molecular dynamics and its temperature dependence.The simulation results showed that: the diffusivity of Cu in Al-Cu alloys with different vacancy concentrations is well agreement with the experimental results.The impact of temperature and the diffusion of Cu coefficient obeys D=D0-e/RT relationship.The diffusion activation energy of Al（self）and Al-Cu alloys are fitted to be QAl=8.09kJ/mol and Qalloy=8.53kJ/mol.

Keywords: diffusion Molecular Dynamics activation energies EAM

1 绪论 1

1.1 Al-Cu合金简介 1

1.2 扩散 2

1.3 研究方法 3

2 分子动力学模拟方法 5

2.1 分子动力学基本原理 5

2.2 运动方程数值求解 6

2.3 势函数 6

2.4 分子动力学模拟系综 7

3 模拟计算方法 8

3.1 扩散系数的计算 8

3.2 空位平衡浓度的计算 8

3.3 均方位移（MSD）计算 9

3.4 模拟步骤 10

4 纯铝扩散模拟 12

4.1 纯铝中无空位 12

4.2 纯铝中有空位 12

5 Al-Cu合金扩散 16

5.1 空位浓度为1×10-3 16

5.2 空位浓度为4×10-3 18

5.3 空位浓度为8×10-3 19

结论 23

致谢 24

参考文献 25

1 绪论

1.1 Al-Cu合金简介

Al-Cu合金是典型的共晶合金，作为双相共晶材料，其微观组织具有规则性、高精细度和两相结构的各向异性，广泛应用于电子、光学、磁学等领域。合金技术上非常重要的一些性质，如机械强度和韧性、抗蠕变和耐腐蚀性基本上是由析出的第二相粒子控制的。这通常会导致固体在淬火后分解。与纯铝比较，铝铜合金因为其较低的密度以及较高的机械强度被广泛应用于航空航天结构件、焊条焊料、机械加工品、发动机活塞机轮等地方，可以制作板材、型材、锻件、线材、棒材、管材、箔材。