Fe2B在液锌中腐蚀的分子动力学模拟.pdfVIP

二塑· 纪念全国金属制品信息网建网40周年暨2们4金属制品行业技术信息交流会论文集 2们4年 ————————————————————————————————————————————————————————————————————————二二=二——————————二一。 FezB在液锌中腐蚀的分子动力学模拟 杨静1，赵树鹏2，周宗才2 (1．河北工业大学，300130；2．天津市工大镀锌设备有限公司，天津300402) 摘要采用分子动力学方法研究了Fe2B在800K液锌中的腐蚀过程。模拟计算了腐蚀界面原子的 浓度随时问的变化。结果表明：腐蚀初始阶段，锌原子首先溶解、扩散到Fe2B中，含锌量较低时 仍为Fe：B晶体结构；随着腐蚀时间的延长，含zn量超过一定限度后Fe：B可溶解到液锌中；整个腐 蚀过程以溶解为主；腐蚀过程中固液界面向固体一侧移动。 关键词FezB；腐蚀；分子动力学模拟；液锌 液态金属常用作冷却剂应用于钎焊、铸造、焊接、热浸镀等领域n1，对结构金属具有强烈 的腐蚀性。液态金属的腐蚀机制目前尚不清楚。分子动力学方法可以追踪微观粒子的运动轨 迹，从原子尺度研究材料性质，在诸如腐蚀裂纹成核雎1、应力腐蚀∞3、微量元素腐蚀n3、缓蚀 剂膜应用陆1等方面都有应用。笔者采用分子动力学方法来模拟Fe。B在锌液中的腐蚀过程。 1模拟试验过程 1．1势函数及势参数的确定 studio软件的Dmol3模块上通过计算结 中查得，而B—zn间的势函数参数则可以在Material 合能拟合得到，见表2。 表1Morse势参数列表 1．2模拟初始条件的设定 K 建立Fe2B—Zn模型为三维四方盒子，盒子上半部为Fe2B晶体，下半部为Zn原子，在800 下加热，达到模拟所需的液锌环境，如图l所示。 建网40周年 设备研发及应用 ·241· 图1模拟模型的初始位型(上半部为Fe2B，下半部为zn) 整个模拟体系含有20层原胞，共12480个原子。FezB和锌原胞大小分别为10×10×10， 18×18×10(单位为原胞)，二者的接触面为理想平面z=0。与界面平行的x，y方向采用周期 性边界条件，与界面垂直的z方向采用固定边界条件。原子初始速度由麦克斯韦速率分布随 机给出，采用蛙跳法对原子的运动方程进行数值积分，时间步长0．1fs。 000 模拟时，先使体系在NvT下驰豫10000步，达到模拟温度后再在NvE系综下弛豫20 步，使系统达到能量最低的平衡状态，然后再在NvT系综(800K)下进行分子动力学模拟。 2结果与讨论 图2为腐蚀50ps时各类原子的浓度曲线，此时已有少量锌原子溶解到FezB中。这是由于 Fe2B键络分布不均，[001]方向的B原子呈链状分布，结合强度很低，在800K高蒸汽压的锌 的作用下，Fe。B的弱键断裂，锌原子溶入晶格。此时锌原子在Fe：B中扩散了0．6硼。 图3为腐蚀100ps时各类原子的浓度曲线，此时锌原子往Fe：B里扩散了0．8珊，同时 在液锌中发现有B原子和Fe原子。 1 1 1 ，0 0 O9 9