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嵌入原子方法(EAM)理论是Daw和Baske于1983年提出来的,自从其提出以来吸引了众多的材料科学家的关注,为金属材料的研究提供了一个新的方法。通过许多学者的不断努力使得EAM理论得到了很好的发展和完善。人们利用EAM理论解决了大量金属材料及相关领域的问题,获得了大量关于金属的结构稳定性、能量、相变、表面、晶界、声子谱、热物理性质、缺陷、扩散和偏析等方面的信息,为材料的原子尺度的模拟及性能预测提供了有效的支撑。
Fe-Al金属间化合物材料具有优越的力学性质、机械性能、结构性能和高强度、低密度、耐腐蚀、抗氧化、抗高温、耐磨、材料成本低等特点,有望取代传统不锈钢在许多中高温及结构材料领域中的应用,备受材料科学家的关注。
本文首先建立了Fe-Al体系的EAM模型势,利用用该模型势计算了Fe-Al体系中纯元素Al、Fe、以及Fe-Al体系的有序相Fe3Al-D03、FeAl-B2、和Fe3Al-Ll2的结构常数、体积模量和弹性常数等,计算的结果与实验结果或其他人得到的结果相符,这表明该模型能够准确描述Fe-Al体系的结构和力学性质等。
声子谱是金属材料的重要物理性质之一,本文还研究了Fe-Al体系的声子谱,计算了绝对零度和压强P=0GPa条件下纯元素Al、Fe和Fe-Al合金有序相Fe3Al-D03、FeAl-B2、和Fe3Al-Ll2的声子谱和态密度,结果与已有的实验结果或其他人的计算结果相符。并研究了压强对Fe-Al体系的声子谱和态密度的影响。
对缺陷和扩散的研究能够帮助人们理解金属间化合物材料的许多重要的特性,为提高和改进合金化合物材料的性能以及开发新型结构材料提供必要的基础数据。本文研究了Fe-Al合金有序相Fe3Al-D03、FeAl-B2和Fe3Al-Ll2的点缺陷,包括单个点缺陷的形成能和双点缺陷的相互作用,计算结果与实验结果或其他人的计算结果相符。并研究了纯元素Al、Fe及合金相FeAl-B2的自扩散,计算结果与其他人的计算结果符合得比较好。