Snoek型高阻尼合金间隙原子和置换原子相互作用的表征方法

摘要

本发明公开了一种Snoek型高阻尼合金中间隙原子和置换原子相互作用的表征方法，该方法包括以下步骤：建立三维超晶胞原子模型，所述原子结构模型是指包含不同置换原子个数的三维原子超晶胞；寻求间隙原子在上述模型中的稳定态位置和鞍点位置，计算稳定态位置的体系总能量和鞍点位置的体系总能量；计算三维超晶胞模型中间隙原子和置换原子相互作用的结合能E^bind、形成能E^for和稳定态间的扩散激活能对间隙原子和置换原子的相互作用进行表征。本发明更加直观的描述了Snoek型高阻尼合金中间隙原子和置换原子的相互作用，能有效解决原子间相互作用难于表征的实际问题。

主权项

1.一种Snoek型高阻尼合金中间隙原子和置换原子相互作用的表征方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、建立三维超晶胞原子模型：根据合金中合金元素的种类，分别建立含有不同置换原子数目的三维超晶胞原子模型，并将间隙原子放置在稳定存在的间隙位置，其中，三维超晶胞原子模型的品格常数＝单胞品格常数×超晶胞维数，而单胞品格常数是高阻尼合金基体金属单胞能量最低时的品格参数，超晶胞维数是满足数据精度要求的维数最小值；步骤二、寻求间隙原子在上述模型中的稳定态位置和鞍点位置，计算稳定态位置的体系总能量和鞍点位置的体系总能量；(3-1)首先将相邻的稳定态设定为间隙原子在置换原子作用下发生扩散时的始态x和终态y；(3-2)根据数据的精度要求，设定要计算的过渡态数目，计算每一过渡态的体系总能量；(3-3)通过始态、终态以及两者之间的若干过渡态拟合得到鞍点位置的体系总能量步骤三、计算三维超晶胞模型中间隙原子和置换原子相互作用的结合能E^bind、形成能E^for和稳定态间的扩散激活能根据下述公式(1)计算三维超晶胞模型中间隙原子和置换原子间的结合能E^bind(S，I)：$E^{\mathrm{bind}}(S,I)=E_{\mathrm{def}}^{\mathrm{tot}}\left(I\right)+E_{\mathrm{def}}^{\mathrm{tot}}\left(S\right)-[E_{\mathrm{def}}^{\mathrm{tot}}(S,I)+E_{\mathrm{ref}}^{\mathrm{tot}}]---\left(1\right)$公式(1)中，I表示间隙原子，S表示置换原子，是体系中只有间隙原子一种缺陷时的体系总能量，是体系中只有置换原子一种缺陷时的体系总能量，是体系中同时有间隙原子和置换原子时的体系总能量，是体系中不含有任何缺陷时的体系总能量；根据下述公式(2)计算三维超晶胞模型中间隙原子和置换原子间的形成能$E_x^{\mathrm{for}}(A_n,S_k,I)=E^{\mathrm{tot}}(A_n,S_k,I)-\mathrm{nE}\left(A\right)-\mathrm{kE}\left(S\right)-E\left(I_{\mathrm{isolated}}\right)---\left(2\right)$公式(2)中，A表示基体原子，n表示基体原子的个数，k表示置换原子的个数，E^tot(A_n，S_k，I)是间隙原子稳定态的能量，E(A)是单个基体原子的能量，E(B)是单个置换原子的能量，E(I_isolated)是单个间隙原子的能量；根据下述公式(3)计算稳定态间的扩散激活能$E_{x-y}^{\mathrm{diff}}=E_{x-y}^{\mathrm{barrier}}-E_x^{\mathrm{for}}---\left(3\right)$公式(3)中，是鞍点位置的体系总能量，是扩散初始状态的体系总能量；步骤四、根据上述步骤三得到的结合能E^bind(S，I)、形成能和扩散激活能对间隙原子和置换原子的相互作用表征如下：(A)若结合能E^bind(S，I)为正值时，则表明合金体系中间隙原子和置换原子间是相互吸引的作用；若结合能E^bind(S，I)是负值时，则表明合金体系间隙原子和置换原子间是排斥作用；而且，结合能E^bind(S，I)的绝对值越大，则表明合金体系间隙原子和置换原子间的相互作用就越强，反之亦然；(B)通过形成能的大小表征经过间隙原子和置换原子相互作用形成Snoek型高阻尼合金的难易程度，其中，形成能的绝对值越大，则表明有若干原子形成合金越容易，反之亦然；(C)通过扩散激活能的大小表征间隙原子在Snoek型高阻尼合金中发生扩散的难易程度，其中，扩散激活能越高，间隙原子在置换原子形成的模型中扩散越难，间隙原子与置换原子相互作用得到较高阻尼值的温度越高，反之亦然。