冷却速率对液态金属Cu凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究

采用QuantumSutton-Chen(Q-SC)多体势对液态金属Cu在四个不同冷却速率下的凝固过程进行了分子动力学模拟研究.通过双体分布函数、键型指数、配位数、均方位移及可视化分析,结果表明:冷却速率对液态金属Cu的微观结构演变有决定性影响.当冷却速率为1·0×1014K/s时得到非晶态结构;当冷速分别为1·0×1013K/s,1·0×1012K/s和1·3×1011K/s时,系统形成以1421键型为主体的面心立方(fcc)与六角密集(hcp)共存的混合晶体结构;且其结晶温度分别为373K,773K和873K,即冷速越慢,其结晶温度越高,结晶程度也越高;且冷速越慢,1421键型越多,混合晶体中面心立方(fcc)结构所占的比例越高.同时发现,原子的平均配位数的变化与1551,1441,1661键型的变化密切相关,反映出体系对称性结构的变化规律与配位数的变化有关.在可视化分析中,进一步采用中心原子法展现出非晶态与晶体结构的2D截面,及在3D下混合晶体中两个基本原子团分别为面心立方(fcc)与六角密集(hcp)基本原子团的具体结构.