典型二元共晶合金液态结构比较研究

本项目主要使用第一性原理分子动力学方法，辅助以液态X射线衍射以及逆蒙特卡罗方法等，研究几种典型的二元共晶合金液态结构。将共晶合金液态结构与整个合金系液态结构联系起来，找出它与固溶体和金属间化合物液态结构的联系；再将不同类型共晶合金液态结构对比研究，探讨其结构共性特征，以此获得共晶合金液态结构的较全面认识。分析由几种二元共晶合金团簇组合成多元合金共晶团簇的合理性。探讨合金的混合焓、混合熵、原子尺寸等与共晶hejin液体稳定性的内在联系。旨在为共晶合金非平衡凝固的相选择机制，以及金属玻璃的成分设计提供理论支持。

研究发现，简单二元共晶合金熔体按照形成焓分成两类，第一类共晶合金熔体形成焓为负值，异类原子之间存在吸引作用而形成化学序；这类合金有Al-Si和Au-Si等。共晶点越深则化学序越强。第二类共晶合金熔体形成焓绝对值很小，甚至为正值；这类合金以Pd-Sn为代表。Al-Si合金的形成焓在共晶点右边附近呈现拐点，在其它简单共晶合金系中是否如此还需要进一步研究，因为Pb-Sb以及Ag-Cu合金系中就不是这样，而Au-Si等合金系的数据，正在积极计算。. 复杂二元共晶系合金的熔体形成焓绝对值较大且为负值，象Fe-B和Fe-Y等。复杂共晶合金系的熔体构型熵无论在金属间化合物成分附近有明显减小，说明熔体中较强化学序明显减小了熔体结构的混乱度；在共晶合金处却未见构型熵的增大。. 三元或四元等多元共晶，往往与非晶合金以及铸造合金密切联系。本课题研究了Pd-Ni-Cu-P、Mg-Cu-Gd和ZL101等一些共晶成分及其附近的合金熔体结构。研究发现，形成焓是负值且绝对值较大，以溶质原子为核心的原子团簇在熔体结构特征方面占据主导地位。. 作为对比，本课题还研究了在液态存在液相分离的合金系，例如Ga-In和Ga-Sb等合金熔体结构。两相分离合金系的熔体结构特点是，局域原子团簇的结构，往往由其中的一种元素的结构决定，另外一种元素原子，在其中居于从属地位。. 独立提出了一种计算合金熔体混合熵中构型熵的模型。这种模型的特点是，基于液态合金的配位数，而不需要假设相互作用强度和随后的复杂变分计算。这个模型在有序固溶体情况下可以得到构型熵为零，且避免常用的W—M模型以及集团展开模型的负值困境。这对于发展复杂合金的熔体热力学是有价值的。在共晶点合金熔体的构型熵没有出现拐点。. 提出了一个普适模型，解释了液态合非晶态结构的联系，并指出非晶态原子分布函数的第二峰的劈裂，不是由于二十面体团簇的出现，而是局域原子团簇的连接方式出现了变化，并且解释了为什么在液态通常不会出现。这一模型，不仅适用于各种复杂合金，也适用于单质。这对于统一人们对于非晶结构的认识是有价值的。