Sr对Al88Si12液态合金结构和动力学性质的影响#岳国清1，吴松1,2，沈波1，王松有1,2,3，C.Z.WANG2，K.M.Ho2，5101520253035M.J.Kramer2，陈良尧1**（1.上海超精密光学制造工程中心,复旦大学光科学与工程系，上海200433；2.AmesLaboratory,U.S.DepartmentofEnergyandDepartmentofPhysicsandAstronomy,IowaStateUniversity,Ames,Iowa50011,USA；3.电磁波信息科学教育部重点实验室，上海200433）摘要：利用第一性原理分子动力学模拟研究了掺Sr对Al88Si12液态合金结构和动力学性质的影响。通过用Sr替换0.5%和4%的Al，证明了Sr的加入降低了液态合金中Al和Si的自扩散，为了进一步分析Sr对Al-Si液体性质的影响，计算了对关联函数(PCF)、配位数(CN)、化学有序参数(CRSO)、HA指数和Voronoi指数分布，并使用原子团簇校正法分析了Sr原子附近的局域结构，发现Al-Sr间和Si-Sr间有强烈的亲和性，且Si-Sr间的亲和性强于Al-Si，这减弱了Si原子间的最近邻关联性，此外本文还给出了快速固化过程中Sr掺杂Al-Si合金共晶相形态改变的原因。关键词：第一性分子动力学；局域结构；液态；AlSi合金；掺杂：0469EffectsofstrontiumimpurityonthestructureanddynamicsofAl88Si12liquidYueGuoqing1,WuSong1,2,ShenBo1,WangSongyou1,2,3,C.Z.Wang2,K.M.Ho2,M.J.Kramer2,ChenLiangyao1(1.ShanghaiUltra-PrecisionOpticalManufacturingEngineeringCenterandDepartmentofOpticalScienceandEngineering,FudanUniversity,ShangHai200433;2.AmesLaboratory,U.S.DepartmentofEnergyandDepartmentofPhysicsandAstronomy,IowaStateUniversity,Ames,Iowa50011,USA;3.KeyLaboratoryforInformationScienceofElectromagneticWaves(MoE),ShangHai200433)Abstract:EffectsofstrontiummodificationonthestructureanddynamicsofAl88Si12liquidarestudiedbyabinitiomoleculardynamicssimulations.Byreplacing0.5%and4.0%ofAlwithSr,weshowthattheadditionofSrlowerstheself-diffusionofAlandSioftheliquid.Forfurtheranalysis,thepaircorrelationfunction(PCF),thecoordinationnumber(NC),thechemicalshort-rangeorder(CSRO)parameter,thepopulationofHAindexandVoronoiindexarecalculated.AndtheatomicclusteralignmentmethodisadoptedtoanalyzethelocalstructurearoundSratoms.WefindthatbothAlandSiatomshavestrongaffinitiestoSr,especiallyforSi.ThisAl-SrandSi-SraffinitytendencyreducestheSi-Sinearestneighborcorrelations.Inaddition,thesimulationprovidesanexplanationforthechangeinmorphologyoftheeutecticphasesobservedinrapidlysolidifiedAl-SialloysmodifiedwithSr.Keywords:Abinitiomoleculardynamics;Localstructure;Liquid;AlSialloy;Doping400引言Al-Si合金由于质轻强度高而广泛应用于汽车航空领域[1]，但粗糙的共晶生长，尤其是片状的Si微晶降低了合金的强度。自从1921年Pacz首次提出在Al-Si合金加入碱性元素改基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助(No.20100071110025)、国家自然科学基金(No.10974029)、国家重点基础研究发展计划(No.2012CB934303)作者简介：岳国清，（1987-），女，博士生，主要研究方向：液态材料结构模拟，光功能材料理论计算。通信联系人：王松有，（1963-），男，教授，主要研究方向：非晶态材料微观结构和动力学性质研究，光功能材料结构光学及磁学性质的理论和实验研究，新材料理论设计。E-mail:songyouwang@fudan.edu-1-。结果表明在Al-Si共晶成分(Al88Si12)中Si原子间存在共价键且有形成团簇的趋势，同时发现Al原子和Si原子间的相互作用很弱，且Al的扩散系数小于Si，然而关于Sr掺杂对Al-Si液体积、温度不变），体系的温度是通过Nosé-Hoover温度控制器来调节的[14。采用的势。善Al-Si合金性能以来[2]，近年来在这方面进行了许多的研究，如使用Na和Sr极小量(一般4550小于0.1wt%)的添加，会显著改善共晶态Al-Si合金[3]，使得Si从片状变成纤维状[4]。对微量元素掺杂对Al-Si合金凝固特性改变的机制也进行了大量研究。如山东大学的边秀房教授等利用X射线衍射研究了掺Sr的Al-Si...