Snoek型高阻尼合金間隙原子和置換原子相互作用的表徵方法
2023-05-27 16:59:36
專利名稱：Snoek型高阻尼合金間隙原子和置換原子相互作用的表徵方法
技術領域：
本發明涉及一種Snoek型高阻尼合金中間隙原子行為的分析表徵技術領域，尤其是涉及一種Snoek型高阻尼合金中間隙原子和置換原子相互作用的表徵方法。
背景技術：
Snoek型高阻尼合金是基於Snoek弛豫理論發展起來的的新型材料，具有較高的阻尼性能，是重要的結構和功能材料，具有較大的發展空間和廣泛的應用前景。根據Snoek 弛豫理論，合金中的間隙原子在外加應力的誘發下會再分布，由於上述遷移過程要消耗能量，從而減弱了外應力的作用，產生了阻尼效應。傳統的實驗手段難以探究間隙原子在上述過程中與置換原子的相互作用情況，阻礙了對該類高阻尼合金弛豫機理的進一步研究。
發明內容
針對上述現有技術，本發明提供一種Snoek型高阻尼合金中間隙原子和置換原子相互作用的表徵方法，而藉助基於第一性原理的密度泛函理論來研究間隙原子和置換原子的相互作用是新近發展起來的一種有效方法。間隙原子和置換原子相互作用的表徵中採用的參數主要包括某種狀態下的結合能、形成能和穩定態間的擴散激活能等。這些參數從不同的角度描述間隙原子和置換原子間的相互作用，共同表徵間隙原子和置換原子間複雜的相互作用。為了解決上述技術問題，本發明Snoek型高阻尼合金中間隙原子和置換原子相互作用的表徵方法予以實現的技術方案是該方法包括以下步驟步驟一、建立三維超晶胞原子模型根據合金中合金元素的種類，分別建立含有不同置換原子數目的三維超晶胞原子模型，並將間隙原子放置在穩定存在的間隙位置，其中， 三維超晶胞原子模型的品格常數=單胞品格常數X超晶胞維數，而單胞品格常數是高阻尼合金基體金屬單胞能量最低時的品格參數，超晶胞維數是滿足數據精度要求的維數最小值；步驟二、尋求間隙原子在上述模型中的穩定態位置和鞍點位置，計算穩定態位置的體系總能量和鞍點位置的體系總能量；(3-1)首先將相鄰的穩定態設定為間隙原子在置換原子作用下發生擴散時的始態 X和終態y ；(3-2)根據數據的精度要求，設定要計算的過渡態數目，計算每一過渡態的體系總
能量；(3-3)通過始態、終態以及兩者之間的若干過渡態擬合得到鞍點位置的體系總能
目. j^barrier步驟三、計算三維超晶胞模型中間隙原子和置換原子相互作用的結合能Ebind、形成能EfOT和穩定態間的擴散激活能Efy，
根據下述公式(1)計算三維超晶胞模型中間隙原子和置換原子間的結合能 Ebind (S，I)
權利要求
1. 一種Snoek型高阻尼合金中間隙原子和置換原子相互作用的表徵方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟步驟一、建立三維超晶胞原子模型根據合金中合金元素的種類，分別建立含有不同置換原子數目的三維超晶胞原子模型，並將間隙原子放置在穩定存在的間隙位置，其中，三維超晶胞原子模型的品格常數=單胞品格常數X超晶胞維數，而單胞品格常數是高阻尼合金基體金屬單胞能量最低時的品格參數，超晶胞維數是滿足數據精度要求的維數最小值；步驟二、尋求間隙原子在上述模型中的穩定態位置和鞍點位置，計算穩定態位置的體系總能量和鞍點位置的體系總能量；(3-1)首先將相鄰的穩定態設定為間隙原子在置換原子作用下發生擴散時的始態χ和終態y ；(3-2)根據數據的精度要求，設定要計算的過渡態數目，計算每一過渡態的體系總能量；(3-3)通過始態、終態以及兩者之間的若干過渡態擬合得到鞍點位置的體系總能量j-'barrier ^x-y ；步驟三、計算三維超晶胞模型中間隙原子和置換原子相互作用的結合能Ebind、形成能 Efor和穩定態間的擴散激活能，根據下述公式(1)計算三維超晶胞模型中間隙原子和置換原子間的結合能Ebind(S，I)Ebmd (S, I) = Et^ (/) + E':f (S) - [E':f (S, I) + ￡；](1)公式(ι)中，ι表示間隙原子，s表示置換原子，￡■$(/)是體系中只有間隙原子一種缺陷"de/^V 疋 平爾 Th'閂 JiLJX^ J TT 1 : PH M-J 口丁丨平爾 >Ε、β 匕裡，hrfe/V能量；根據下述公式⑵計算三維超晶胞模型中間隙原子和置換原子間的形成能 EiHSkJ)-.Ef;r [AnAJ) = Etot (An ,Sk,r)-nE(A)-kE{S) - E(Iisolated )(2 )公式中，A表示基體原子，η表示基體原子的個數，k表示置換原子的個數，Ettrt (An， Sk, I)是間隙原子穩定態的能量，E(A)是單個基體原子的能量，E(B)是單個置換原子的能 fi, E(Iisolated)是單個間隙原子的能量；時的體系總能量，習是體系中只有置換原子一種缺陷時的體系總能量,i^KK7)是體系中同時有間隙原子和置換原子時的體系總能量，￡〉是體系中不含有任何缺陷時的體系總根據下述公式( 計算穩定態間的擴散激活能買 公式(3)中，是鞍點位置的體系總能量，是擴散初始狀態的體系總能量； 步驟四、根據上述步驟三得到的結合能Ebind(S，I)、形成能五廣04 ,&,/)和擴散激活儼At，對間隙原子和置換原子的相互作用表徵如下(A)若結合能Ebind(S，I)為正值時，則表明合金體系中間隙原子和置換原子間是相互吸引的作用；若結合能Ebind (S，I)是負值時，則表明合金體系間隙原子和置換原子間是排斥作用；而且，結合能Ebind(S，I)的絕對值越大，則表明合金體系間隙原子和置換原子間的相互作用就越強，反之亦然；(B)通過形成能EfO^A,/)的大小表徵經過間隙原子和置換原子相互作用形成Snoek 型高阻尼合金的難易程度，其中，形成能￡廣04 ,&,/)的絕對值越大，則表明有若干原子形成合金越容易，反之亦然；(C)通過擴散激活能At的大小表徵間隙原子在Snoek型高阻尼合金中發生擴散的難易程度，其中，擴散激活能At越高，間隙原子在置換原子形成的模型中擴散越難，間隙原子與置換原子相互作用得到較高阻尼值的溫度越高，反之亦然。
2.按照權利要求1所述的一種Snoek型高阻尼合金中間隙原子和置換原子相互作用的表徵方法，其特徵在於步驟一中所述的不同置換原子數目是指間隙原子所在的八面體或四面體可置換的原子位置數目，該數目從O到6。
全文摘要
本發明公開了一種Snoek型高阻尼合金中間隙原子和置換原子相互作用的表徵方法，該方法包括以下步驟建立三維超晶胞原子模型，所述原子結構模型是指包含不同置換原子個數的三維原子超晶胞；尋求間隙原子在上述模型中的穩定態位置和鞍點位置，計算穩定態位置的體系總能量和鞍點位置的體系總能量；計算三維超晶胞模型中間隙原子和置換原子相互作用的結合能Ebind、形成能Efor和穩定態間的擴散激活能對間隙原子和置換原子的相互作用進行表徵。本發明更加直觀的描述了Snoek型高阻尼合金中間隙原子和置換原子的相互作用，能有效解決原子間相互作用難於表徵的實際問題。
文檔編號G01N33/20GK102495189SQ20111037648
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月23日 優先權日2011年11月23日
發明者餘黎明, 劉永長, 王志威, 陳鼎 申請人:天津大學