锡基合金从头算分子动力学模拟的理论研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bimzhouhong
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与传统冶金相比,真空冶金具有对环境污染小、流程简单、金属回收率高、设备简单、能耗少等优点。但是锡基合金真空蒸馏过程中,仍然存在Sn组元与M(M=Cu、Ag、Sb、Bi和Pb)分离不彻底的问题,且国内外对Sn-M合金微观结构及其性质的研究很少,这在一定程度上制约了真空蒸馏技术的进一步发展。因此,为了解决锡与锑、铋、铜、银等元素高效分离问题,开发一种新的处理技术已然成为迫切需要。本论文以真空蒸馏理论研究为主要内容,研究了锡基合金扩散系数及扩散规律,预测锡基合金真空蒸馏效果,对锡基二元、三元、四元合金开展理论研究,得到主要结论如下:(1)利用从头算分子动力学(AIMD),对温度为673K-1673K条件下,Sn-Bi,Sn-Sb,Sn-Sb-Ag等合金进行模拟计算,通过分析得到的均方位移,径向分布函数以及分波态密度结果,为粗锡合金真空蒸馏理论研究提供依据。(2)针对二元合金体系的从头算分子动力学研究,发现对于Sn-Sb体系,当Sb含量达到6.4%时,Sn-Sb间原子间的相互作用最弱。与Sn-4.8%Sb、Sn-8.0%Sb相比,随着温度的升高,Sn-6.4%Sb合金体系在真空蒸馏过程中更容易分离。另外,对Sn-Pb,Sn-Bi,Sn-Ag的从头算分子动力学计算结果表明,随着温度的升高,Sn-Pb体系内原子间的相互作用减弱,Sn-Bi体系中Sn原子和Bi原子间的作用力被削弱,体系更容易分离。而对于Sn-Ag体系,虽然温度升高,体系扩散系数增大,但是,体系仍然不易分离。(3)对Sn-Sb-Bi、Sn-Sb-Ag、Sn-Sb-Cu三元合金体系体系进行从头算分子动力学研究,通过分析获得的均方位移和态密度结果,我们得出结论,锡基合金中杂质组元Bi、Ag、Cu的存在,体系扩散更加混乱,原子间的作用力明显减小,体系更容易分离。对于Sn-Pb-Ag合金,Ag的存在可以破坏Sn-Pb间的原子作用力,使得体系更容易扩散。(4)建立模型计算NVT下的从头算分子动力学,我们研究了四元合金体系Sn-Sb-Cu-Ag的扩散行为规律,与二元Sn-Sb体系相比,Ag和Cu的同时存在,并不能使合金更容易分离。与三元体系Sn-Sb-Cu和Sn-Sb-Ag相比,由于存在Cu原子和Ag间的相互作用,四元体系没有呈现出好的扩散行为。
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