[发明专利]一种铝合金中Mg2Si相原子堆垛的表征方法

摘要

本发明公开了一种铝合金中Mg2Si相在形核衬底上原子堆垛的表征方法，该方法包括以下步骤：建立形核衬底三维超晶胞模型；根据错配度理论计算出错配度较小的衬底与新生相结合的界面，构建对应的衬底晶面与新生相间所有可能存在的吸附模型；根据公式计算不同吸附模型下的吸附能，对新生相原子在形核衬底上的原子堆垛进行表征。本发明从原子角度探究形核衬底与新生相原子之间的相互作用，揭示新生相在生长初期的原子堆垛方式。

主权项

一种铝合金中Mg2Si相原子堆垛的表征方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、建立形核衬底的三维超晶胞原子模型，其大小为N×N×N，其中原子模型晶格常数＝单胞晶格常数×超晶胞维数，单胞晶格常数是形核衬底单胞能量最低时的晶格常数，超晶胞维数是满足计算精度要求的维数最小值；步骤二、根据晶格错配度理论，计算出错配度较小时衬底与新生相形成界面的晶面，建立晶面模型；衬底晶面与新生相晶面均存在两种堆垛方式：1)每个原子层中只包含同一种原子，即有不同的终止面；2)每个原子层中同时出现不同种原子；当衬底和新生相均存在两种不同的原子时，衬底中两种原子分别记为A、B，新生相中两种原子分别记为Ⅰ、Ⅱ，衬底与新生相发生界面结合时存在下列4种情况：1)衬底晶面每个原子层中只包含同一种原子A或B，新生相晶面每个原子层中也只包含同一种原子Ⅰ或Ⅱ；2)衬底晶面每个原子层中只包含同一种原子A或B，新生相每个原子层中同时出现两种原子Ⅰ和Ⅱ；3)衬底晶面每个原子层中同时出现两种原子A和B，新生相晶面每个原子层中只包含同一种原子Ⅰ或Ⅱ；4)衬底晶面每个原子层中同时出现两种原子A和B，新生相每个原子层中同时出现两种原子Ⅰ和Ⅱ；步骤三、根据步骤二中所列出的衬底与新生相界面结合的4种情况，建立衬底晶面吸附新生相原子的吸附模型，各种结合情况下的吸附模型如下：1)衬底晶面每个原子层中只包含同一种原子A或B，新生相晶面每个原子层中也只包含同一种原子Ⅰ或Ⅱ：a.衬底晶面以A原子终止，在一个A原子上吸附新生相中的一个Ⅰ原子；b.衬底晶面以A原子终止，在一个A原子上吸附新生相中的一个Ⅱ原子；c.衬底晶面以B原子终止，在一个B原子上吸附新生相中的一个Ⅰ原子；d.衬底晶面以B原子终止，在一个B原子上吸附新生相中的一个Ⅱ原子；2)衬底晶面每个原子层中只包含同一种原子A或B，新生相每个原子层中同时出现两种原子Ⅰ和Ⅱ：e.衬底晶面以A原子终止，分别在两个A原子的上方同时吸附新生相中的Ⅰ、Ⅱ原子各一个；f.衬底晶面以B原子终止，分别在两个B原子的上方同时吸附新生相中的Ⅰ、Ⅱ原子各一个；3)衬底晶面每个原子层中同时出现两种原子A和B，新生相晶面每个原子层中只包含同一种原子Ⅰ或Ⅱ：g.衬底晶面的A原子上吸附新生相中的一个Ⅰ原子；h.衬底晶面的A原子上吸附新生相中的一个Ⅱ原子；i.衬底晶面的B原子上吸附新生相中的一个Ⅰ原子；j.衬底晶面的B原子上吸附新生相中的一个Ⅱ原子；4)衬底晶面每个原子层中同时出现两种原子A和B，新生相每个原子层中同时出现两种原子Ⅰ和Ⅱ：k.衬底晶面A和B原子上分别对应吸附新生相中的Ⅰ、Ⅱ原子各一个；l.衬底晶面A和B原子上分别对应吸附新生相中的Ⅱ、Ⅰ原子各一个；m.衬底晶面两个A原子上分别对应吸附新生相中的Ⅰ、Ⅱ原子各一个；n.衬底晶面两个B原子上分别对应吸附新生相中的Ⅰ、Ⅱ原子各一个；步骤四、根据公式(1)计算步骤三中各个吸附模型的吸附能：Εads＝Ε0+Ε1‑ΕT                   (1)公式(1)中，Εads代表吸附能，Ε0表示衬底没有吸附原子时的体系的总能量，Ε1表示吸附的原子的总能量，ΕT表示吸附原子后体系的总能量；步骤五、吸附能越大，原子越容易被吸附在衬底晶面上，通过比较以上各吸附模型吸附能的大小，可以确定新生相原子在衬底上的堆垛方式，现将该堆垛方式表征如下：(1)同种衬底晶面吸附不同原子时，吸附能大的原子优先吸附，即该原子或该原子层在衬底上优先堆垛；(2)不同衬底晶面吸附同种原子，吸附能越大，表明该原子越容易优先在该衬底晶面或终止面上堆垛；(3)同种衬底晶面吸附同种原子，只是衬底和新生相间原子对应位置不同时，原子优先按吸附能大的方式堆垛；(4)不同衬底晶面吸附不同原子时，吸附能较大的模型所对应的衬底和新生相间的界面越容易形成。