[发明专利]一种密排六方金属孪晶界面建模方法

说明书

本发明属于计算材料科学领域，具体涉及一种密排六方金属{10‑11}孪晶界面建模方法。该方法包含以下步骤：构造密排六方结构单胞；构造模拟盒子，确定盒子尺寸；将旋转后的单胞从模拟盒子中心填入，直到填充至盒子边界，单胞旋转角度为{10‑11}面法线与轴线的夹角；根据周期性将局部原子微调，调整的距离主要根据密排六方结构原子之间的距离来调整界面间原子的错动，并调整模拟盒子的尺寸以保证周期性；利用原子间势对调整后的构型进行静态驰豫获得一个旋转后的、正交的、周期性的单晶；将所得单晶沿垂直界面方向镜像，并去除镜像单晶边界处的一列原子；将原始单晶与镜像单晶垂直于界面方向粘合，即可获得{10‑11}孪晶界。

技术领域

本发明属于计算材料科学领域，具体涉及一种密排六方金属{10-11}孪晶界面建模方法，尤其涉及Ti、Mg、Zr等密排六方金属的{10-11}孪晶界建模方法。

背景技术

金属材料在变形时，会产生大量的缺陷，如：间隙、空位、位错、孪晶界等。这些缺陷对于金属材料的力学性能有着十分重要的影响。对于密排六方金属由于其相比面心立方金属和体心立方金属具有较低的对称性，且滑移系较少，孪生在密排六方金属的塑性变形中发挥着非常重要的作用。为了进一步优化金属材料的力学性能，首先要阐明缺陷之间的相互作用规律。随着材料科学和计算机科学的发展，人们从不同空间尺度提出了不同的材料模拟方法，对于微纳尺度主要采用分子动力学方法来模拟金属材料中缺陷之间的相互作用。但是，对于孪晶构型的获得大多通过塑性变形后的结果来获得，对于密排六方金属直接构建孪晶存在一定的技术难度，这主要源于密排六方金属的孪晶面在锥面上。当对{10-11}孪晶界进行建模时，很难在正交的模拟盒子中保持周期性，因此本发明提出了一种在正交模拟盒子构建满足周期性的{10-11}孪晶界的方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种密排六方金属{10-11}孪晶界的建模方法，该方法可以在正交的模拟盒子中构建孪晶界并可以保证周期性。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种密排六方金属孪晶界面建模方法，在正交盒子中构建周期性的{10-11}孪晶界，并包含以下步骤：

(1)构造正交的密排六方结构的单胞；

(2)构造正交模拟盒子，并将单胞的{10-11}面旋转至垂直于模拟盒子的一个轴向，从而保证在后续的模拟加载中孪晶界垂直于界面加载；

(3)确定盒子尺寸，这里主要依据旋转后的单胞在正交模拟盒子三个方向上最小重复单元的距离来确定，模拟盒子的在三个方向上的最终尺寸应为最小重复单元的整数倍，从而保证周期性；

(4)在模拟盒子的中心开始填充旋转后的单胞结构，当遇到盒子边界时填充结束；

(5)填充单胞后，在垂直于界面方向的左右边界一般会形成两个界面，这主要是单胞在盒子中的倾斜填入；此时首先根据周期性，将两个界面移至盒子中心；然后根据周期性将局部原子微调，调整的距离主要根据原子排列和原子之间的距离来调整界面间原子的错动，并调整模拟盒子的尺寸以保证周期性；

(6)调整完原子后，仍然存在界面，此时要利用分子动力学软件及原子间势对构型进行静态驰豫；释放内应力后，即获得一个旋转后的、没有界面的、具有周期性的密排六方结构的单晶；

(7)将获得的单晶在垂直于界面的方向进行镜像，并删除所得镜像构型边界处的一列原子；

(8)将原始单晶和镜像后的单晶在垂直于界面方向粘合，即构成完成{10-11}孪晶界。

所述的密排六方金属孪晶界面建模方法，步骤(1)中，构造的密排六方结构单胞为正交单胞。

所述的密排六方金属孪晶界面建模方法，步骤(2)中，所构造的孪晶界面垂直于模拟盒子的一个轴向，即在分子动力学模拟过程中垂直于界面进行力学加载。