BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN THÀNH TRUNG MÔ PHỎNG HIỆN TƯỢNG GIÀ HÓA VÀ CHUYỂN PHA CẤU TRÚC TRONG KIM LOẠI SẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT HÀ NỘI - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN THÀNH TRUNG MÔ PHỎNG HIỆN TƯỢNG GIÀ HÓA VÀ CHUYỂN PHA CẤU TRÚC TRONG KIM LOẠI SẮT Chuyên ngành: Vật lí lí thuyết Vật lí toán Mã số: 60 44 01 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Hữu Kiên HÀ NỘI, 2015 LỜI CẢM N Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Phạm Hữu Kiên ng thầy tr c tiếp ch b o h i ng d n tận tình gi ng gi i cho vấn đề liên quan đến luận văn đ c th hoàn thành luận văn Tôi xin g i l i c m ơn chân thành t i thầy cô gi ng d y l p cao h c Vật l K17 phòng Sau đ i h c, Tr ng đ i h c s ph m Hà N i đ tận tình ch b o gi p đ tìm tòi kiến th c Cuối xin g i l i cám ơn đến gia đình đồng nghiệp quan nơi công tác đ t o điều kiện thuận lợi đ hoàn thành kh a h c cao h c Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác gi LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài riêng tôi th c d s h i ng d n TS Phạm Hữu Kiên nh sở nghiên c u tài liệu tham kh o Luận văn không trùng kết qu v i tác gi công bố Nếu sai xin chịu trách nhiệm tr c h i đồng Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác gi MỤC LỤC Danh mục k hiệu chữ viết tắt i Danh mục b ng bi u ii Danh mục hình vẽ đồ thị iii MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1 Vật liệu kim lo i …………………………………………… 1 Các lo i cấu tr c tinh th kim lo i…………………… 1.1.2 Cấu tr c tính chất vật liệu kim lo i vô định hình……………… 1 Mô cấu tr c vật liệu vô định hình 11 H t nano kim lo i 15 Cấu tr c tính chất h t nano 15 2 Mô h t nano 19 Chương PHƯ NG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 2.1 Ph ơng pháp mô 23 1 Ph ơng pháp đ ng l c h c phân t 23 2 Ph ơng pháp thống kê hồi phục 29 2.2 Ph ơng pháp d ng m u mô 32 2.3 Xác định hàm phân bố xuyên tâm số phối trí 34 2.4 Ph ơng pháp xác định nguyên t tinh th 37 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 Hiện t ợng già h a kim lo i sắt khối 40 Hiện t ợng già h a h t nano sắt 49 3.3 Kh o sát trình tinh th h a m u sắt khối h t nano sắt 58 KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ĐLHPT Đ ng l c h c phân t TKHP Thống kê hồi phục HPBXT Hàm phân bố xuyên tâm TSCT Thừa số cấu tr c SPT Số phối trí VĐH Vô định hình ii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Vị trí đ cao đ nh hàm phân bố xuyên tâm cặp g(r) m t số kim lo i VĐH Bảng 2.1 Các hệ số t ơng tác cặp Pak-Doyama 32 iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Ô m ng cấu tr c tinh th lập ph ơng tâm khối Ô m ng cấu tr c tinh th lập ph ơng tâm mặt Ô m ng cấu tr c tinh th lục giác xếp chặt Các d ng nanoshell: a h t nano ch a nhiều nhân giống nhau; b h t nano ch a nhiều nhân khác nhau; c h t nano ch a m t lõi đồng nhất; d h t nano đ ợc bao quanh nhiều l p vỏ S biến đổi l ợng (trên) th tích ô mô (d i) suốt trình ủ nhiệt 700 K Sơ đồ khối ph ơng pháp ĐLHPT Sơ đồ khối ph ơng pháp TKHP Sơ đồ minh h a chiều (2 D) vị trí đ nh HPBXT đối v i cấu tr c VĐH Mô t việc xác định hàm mật đ số h t đối v i h t nano Hình vẽ minh h a cách xác định mầm tinh th m u vật liệu: Qu cầu đen bi u diễn nguyên t c SPT 14; Qu cầu mầu đỏ bi u diễn nguyên t c lân cận 4; Qu cầu mầu xám bi u diễn nguyên t c lân cận HPBXT Fe khối 300 K HPBXT Fe khối 500 K 700 K theo th i gian ủ nhiệt HPBXT Fe khối 900 K theo th i gian ủ nhiệt HPBXT Fe khối 1000 K theo th i gian ủ nhiệt Phân bố SPT m u Fe khối S phụ thu c nh hàm th i gian ủ nhiệt đối v i m u sắt khối 500 K 700 K S phụ thu c nh hàm th i gian ủ nhiệt đối v i m u sắt khối 900 K 1000K Ảnh chụp s xếp h t theo th i gian ủ nhiệt ngắn (a); th i gian ủ nhiệt dài (b) đối v i m u 900 K Ảnh chụp s xếp nguyên t m u nano Fe 300 K Phân bố SPT h t nano Fe 300 K Phân bố (R) h t nano Fe 300 K Hàm nano(r) h t nano Fe 300K Hàm (r) đối v i m u Fe khối 300K Hàm nano(r) h t nano Fe 500 K 700 K 16 21 26 31 35 36 38 41 42 43 43 45 47 47 48 50 51 51 52 52 54 iv Hình 3.15 Hình 3.16 Hình 3.17 Hình 3.18 Hình 3.19 Hình 3.20 Hình 3.21 Phân bố SPT h t nano Fe 500 K 700 K S phụ thu c nh hàm th i gian ủ nhiệt đối v i h t nano Hàm nano(r) đối v i h t nano Fe 900 K Phân bố SPT đối v i h t nano Fe 900 K Ảnh chụp s xếp nguyên t theo th i gian ủ nhiệt ngắn (trên) th i gian ủ nhiệt dài h t nano Fe 900 K Ảnh chụp h t B m u tinh th khối Qu cầu mầu đỏ bi u diễn h t B Ảnh chụp h t B m u h t nano tinh th ; a) tất c h t B; b) h t B đặt qu cầu v i bán kính 28 Å; c) h t B đặt qu cầu v i bán kính 26 Å 54 55 55 56 57 59 60 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Đ gi i thích cấu tr c kim lo i vô định hình m c đ vi mô buổi ban đầu ng i ta dùng nhiều mô hình khác nh mô hình qu cầu c ng (hard sphere) Bernal hay mô hình cấu tr c từ tinh th nhỏ Tuy nhiên năm trở l i việc ng dụng r ng r i máy tính cho việc mô hình hoá cấu tr c kim lo i hợp kim lỏng vô định hình cấu tr c vi mô ch ng đ đ ợc th chi tiết cho vật liệu kim lo i vô định hình Chất lỏng th ng tinh th m n ng ch y trừ s làm l nh đ ợc t o đ t ng t đến m c n ngăn c n s tinh th chất lỏng chuy n sang pha thủy tinh Khi vật liệu VĐH nhận đ ợc cách ủ nhiệt nhanh đ ợc ủ nhiệt nhiệt đ thấp d i m n ng ch y ch ng c th tr i qua s chuy n cấu tr c tr ng thái rắn khác C hai lo i s chuy n này: 1/ s hồi phục đ vật liệu v n rắn VĐH nh ng m t vài tính chất n thay đổi không đáng k theo th i gian; 2/ s tinh th đ vật liệu chuy n sang tr ng thái tinh th S hi u biết chế vi mô gồm s chuy n pha đ m t toán quan tr ng khoa h c thủy tinh Hiệu ng già h a (ủ nhiệt) vật liệu khác đ đ ợc tập trung nghiên c u c th c nghiệm mô th i gian dài Tuy nhiên v n nhiều vấn đề bỏ ngỏ cần gi i thích Mô máy tính c th cung cấp thông tin chi tiết c s hồi phục tinh th Mô ĐLHPT hiệu ng già h a chất siêu l nh cho thấy s thay đổi không đáng k tính chất thống kê Tuy nhiên tính chất đ ng h c miêu t hiệu ng già h a dị th ng nh dáng điệu không phụ thu c vào m u nghĩa thủy tinh đ ợc làm l nh nhanh không th đ t đến 53 Hiệu ng già hóa ch có th thấy từ hệ n đ ợc thấy hình 3.16 Ở ch ng ta c th thấy l ợng h t nano có xu h ng gi m nhẹ theo th i gian ủ nhiệt C nhĩa theo s ủ nhiệt hệ tr i qua tr ng thái chuẩn cân khác nhau, nh ng không đ t đến tr ng thái cân th i gian yêu cầu cho s tìm đến tr ng thái cân nằm thang th i gian mô Khi h t nano đ ợc ủ nhiệt t i nhiệt đ 900 K, quan sát s chuy n thành tr ng thái tinh th Nh thấy hình 3.17 hàm mật đ h t địa ph ơng, nh SPT hình 3.18 cho th s thay đổi đáng k trình ủ nhiệt Đặc biệt đ cao đ nh th hai hàm nano(r) tăng từ 11 đến 0,23 nhiều đ nh m i đặt kho ng cách r l n xuất Thêm nữa, hầu hết h t (kho ng 75 %) có SPT 14 Kết qu ch ng s biến đổi từ cấu tr c VĐH sang tinh th Ảnh chụp s xếp h t m u th i gian ủ nhiệt ngắn dài đ ợc vẽ hình 3.19 Ở ch ng ta c th thấy m u ủ nhiệt dài có cấu trúc tinh th d ng cầu biến d ng m nh so v i m u ủ nhiệt ngắn Tinh th m u ủ nhiệt dài giống l i tinh th bcc So sánh t ợng già hóa kim lo i sắt khối t ợng già hóa h t nano sắt, thấy hiệu ng già h a c nguyên nhân t ơng t nh nhau, ủ nhiệt nhiệt đ thấp kim lo i Fe khối h t nano Fe tr ng thái chuẩn cân t đ ng tr i qua tr ng thái bền vững cụ th tr ng thái c l ợng nhỏ Trong tr sát thấy s ng hợp ủ nhiệt nhiệt cao quan chuy n sang cấu trúc tinh th d n đến s thay đổi đáng k HPBXT, SPT hàm mật đ h t địa ph ơng Nh ng s khác biệt đối v i m u Fe khối, bề mặt m u xốp mật đ nguyên t thấp hơn, t c bề mặt h t nano v n cấu tr c VĐH 54 0.3 a) 500 K 10 b-íc 5x10 b-íc 2x10 b-íc 0.2 -3 nano(r) (Å ) 0.1 0.0 0.3 700 K 10 b-íc 5x10 b-íc 2x10 b-íc 0.2 0.1 0.0 10 15 20 25 30 r (Å) Hình 3.14 Hàm nano(r) h t nano Fe 500 K 700 K 0,4 500 K 0,3 10 b-íc 5x10 b-íc 2x10 b-íc 0,2 0,1 0,0 0,4 TØ lÖ 700 K 0,3 10 b-íc 5x10 b-íc 2x10 b-íc 0,2 0,1 0,0 10 12 14 16 18 Sè phèi trÝ Hình 3.15 Phân bố SPT h t nano Fe 500 K 700 K 55 -1.284 500 K -1.288 ThÕ n¨ng (eV) -1.292 -1.256 700 K -1.260 -1.264 -1.268 500 1000 1500 2000 2500 3000 Thíi gian (x10 steps) Hình 3.16 S phụ thu c nh hàm th i gian ủ nhiệt đối v i h t nano 15.8x10 b-íc -3 nano(r) (Å ) 11.8x10 b-íc 9.8x10 b-íc 7.8x10 b-íc 5.8x10 b-íc 0.2 1.2x10 b-íc 0.0 10 r (Å) 20 30 Hình 3.17 Hàm nano(r) đối v i h t nano Fe 900 K 56 0.8 0.7 0.6 10 b-íc 4x10 b-íc 10 b-íc TØ lÖ 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 10 Sè phèi trÝ 12 14 16 Hình 3.18 Phân bố SPT đối v i h t nano Fe 900 K 57 Hình 3.19 Ảnh chụp s xếp nguyên t theo th i gian ủ nhiệt ngắn (trên) th i gian ủ nhiệt dài (d i) h t nano Fe 900 K 58 3.3 Khảo sát trình tinh thể hóa mẫu sắt khối hạt nano sắt Trong mục ch ng trình bày chế tinh th h a m u sắt khối h t nano sắt ph ơng pháp tr c quan h a chiều (3D) Theo l thuyết tinh th h a cổ n s tinh th h a gồm hai s giai đo n: giai đo n th mầm m i đ ợc t o thành giai đo n th hai mầm tinh th t o thành giai đo n th l n dần t o thành đám tinh th Quá trình tinh th t ơng t m u sắt đ ợc quan sát mô ch ng Đ nghiên c u chế tinh th h a m u sắt khối h t nano sắt ch ng tiến hành kh o sát đặc tính nguyên t m u mô Đ thuận tiện ch ng g i nguyên t c SPT 14 nguyên t tinh th (nh đ trình bày ch ơng 2) kí hiệu nguyên t A Kết qu mô cho thấy theo th i gian mô nguyên t A liên kết v i nguyên t lân cận gần t o thành đám tinh th Sau đ đám gồm nguyên t A l n lên tr i r ng toàn b không gian mô Các nguyên t l i c SPT khác 14 đ ợc kí hiệu nguyên t B (nguyên t VĐH) Sau th i gian ủ nhiệt đủ dài, số nguyên t B trở lên không phụ thu c vào th i gian mô đ ch ng bi u diễn nh sai hỏng cấu tr c giống nh n t khuyết (vacancy) biên h t Hình 20 cho thấy nh chụp nguyên t B (nguyên t VĐH) m u sắt khối tinh th (m u đ đ ợc ủ nhiệt đủ dài trình tinh th h a x y hoàn toàn) Hình 20 cho thấy nguyên t B phân bố không đồng không gian mô ch ng c xu h ng nh m l i thành đám nhỏ sai hỏng m (n t khuyết) không t o thành mô ch ng Từ phân tích phân bố nguyên t B đối v i m u khối tr c quan h a 3D ch ng ta c th thấy nguyên t A (mầm tinh tinh th ) xuất phát tri n m t cách ng u nhiên không 59 gian mô T ơng t nh nguyên t B nguyên t A xuất phát tri n không đồng toàn b không gian mô Hình 3.20 Ảnh chụp h t B m u tinh th khối Qu cầu mầu đỏ bi u diễn h t B 60 a) b) c) Hình 3.21 Ảnh chụp h t B m u h t nano tinh th ; a) tất c h t B; b) h t B đặt qu cầu v i bán kính 28 Å; c) h t B đặt qu cầu v i bán kính 26 Å 61 Hình 3.21 cho thấy nh chụp 3D nguyên t B bên h t nano đối v i tr ng hợp Tr nano Hai tr ng hợp th nh chụp tất c h t B h t ng hợp l i ch ng ch vẽ nguyên t B nằm qu cầu có bán kính 28 Å 26 Å Hình vẽ 21 cho thất rõ ràng s tinh th h a d n đến hầu hết nguyên t B nằm vùng bề mặt h t nano cụ th v i qu cầu c bán kính 26 Å số nguyên t B phân bố c mật đ nhỏ nhiều so v i số nguyên t B bên qu cầu bán kính 28 Å toàn b h t nano Hơn ch m t vài nguyên t B đặt kho ng cách nhỏ 26 Å tính từ tâm h t nano Các nguyên t B phân bố không đồng qu cầu có bán kính 26 Å ch ng đ ợc g p l i thành đám nhỏ c kích th c khác Từ phân tích phân bố nguyên t B ch ng ta c th thấy h t nano tinh th h a nguyên t A tập trung chủ yếu bên lõi h t nano t ơng t nh nguyên t B nguyên t A phân bố không đồng lõi h t nano Nh v y h t nano tinh th nhận đ ợc gồm hai phần: phần lõi v i cấu trúc gần v i cấu trúc m ng tinh th BCC phần vỏ (bề mặt) có cấu trúc t ơng t cấu trúc VĐH Kết qu mô trình tinh th h a m u sắt khối h t nano sắt ch s tinh th h a m u sắt khối nguyên t A xuất phát tri n ng u nhiên không gian mô Trong đ đối v i h t nano nguyên t A xuất phát tri n tr i r ng l p vỏ h t nano Kết qu h t nano tinh th c hai phần: phần lõi tinh th phần vỏ v n VĐH 62 KẾT LUẬN D i m t số kết qu mà luận văn đ t đ ợc h ng nghiên c u luận văn Kết luận văn M u khối đ ợc hồi phục nhanh có tr ng thái khác tr ng thái m u cân (m u ủ nhiệt t ơng đối dài) Khi m u đ ợc ủ nhiệt nhiệt đ thấp, cấu trúc v n VĐH Đặc tr ng cấu tr c nh HPBXT SPT hầu nh không thay đổi suốt trình ủ nhiệt S già hóa ch có nguyên nhân s xếp l i h t (nguyên t ) địa ph ơng d n đến s gi m không đáng k l ợng hệ Hệ t đ ng tr i qua tr ng thái chuẩn cân khác Khi m u đ ợc ủ nhiệt đ cao quan sát s tinh th sắt VĐH Hệ tr i qua ba giai đo n nh sau: 1/ S hồi phục m u VĐH; 2/ S chuy n từ tr ng thái VĐH sang tr ng thái tinh th ; 3/ S hồi phục m u tinh th nhận đ ợc từ giai đo n H t nano đ ợc hồi phục nhanh có cấu tr c VĐH bao gồm bề mặt (l p vỏ) lõi Lõi có mật đ hàm mật đ số h t giống nh m u khối VĐH Hiệu ng già h a c nguyên nhân t ơng t nh tr ng hợp m u khối Theo ủ nhiệt nhiệt đ thấp h t nano tr ng thái chuẩn cân t đ ng tr i qua tr ng thái bền vững (tr ng thái c l ợng nhỏ hơn) Tr ng hợp ủ nhiệt cao quan sát thấy s chuy n pha từ VĐH sang pha tinh th d n đến s thay đổi đáng k SPT hàm mật đ h t địa ph ơng M u tinh th hóa nhận đ ợc theo s ủ nhiệt ch a hai lo i h t Nguyên t A có SPT 14 nguyên t B miêu t s sai hỏng cấu tr c l i tinh th Nguyên t B phân bố không đồng m u nh ng hợp thành đám Đối v i h t nano hầu hết nguyên t B định x vùng bề mặt 63 Vấn đến cần nghiên cứu Luận văn đ nghiên c u hiệu ng già h a sắt khối h t nano sắt Luận văn đ gi i thích đ ợc trình tinh th h a h t nano sắt kim lo i sắt khối Tác gi tiếp tục h ng nghiên c u đ gi i thích c hệ thống hiệu ng già h a vật liệu khác (Ni Fe-B, Fe-P…) gi i thích chế tinh th h a vật liệu 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Lê Văn Đ c (2014), Mô cấu trúc chuyển pha kim loại, Luận văn Th c sĩ vật lí lí thuyết vật lí toán Tr ng Đ i h c s ph m Hà N i I Nguyễn Thế Khôi - Nguyễn Hữu Mình (1992) Giáo trình vật lí chất rắn, nhà xuất b n giáo dục Ph m Hữu Kiên (2011), Mô chế khuếch tán bubbles vật liệu kim loại vô định hình Luận án Tiến sĩ Vật l kỹ thuật Tr ng Đ i h c Bách khoa Hà N i Hà N i Tiếng Anh Arsenautl R.J., Beeler J.R., Esterling D.M (1988), Computer simulation in materials science, Taos Books, Santa Fe, NM, U.S.A A Grandjean, P Blanchard, and Y Limoge (1997), Activation volume for Hf diffusion in an amorphous Ni0.54Zr0.46 alloy, Physical Review Letters 28, pp 697-700 A Hirata et al (2007), Change of nanostructure in (Fe0.5Co0.5)72B20Si4Nb4 metallic glass on annealing, Materials Science Forum 2077, pp 539-543 Baer D.R., Pederson L.R., Thomas M.T (1981), Phosphorus diffusion in Fe-Ni-based amorphous alloys, Materials Science and Engineering, 48, pp 283-290 Belashchenko D.K (1999), Diffusion mechanisms in disordered systems: computer simulation, Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 42, pp 297319 65 Belashchenko D K (1985), Structure of liquid and amorphous metals, Moscow, Metalurgy 185, pp 68-70 10 Bernal J.D (1960), Geometry of the structure ofmonoatomic liquids, Nature 185, pp 68-70 11 D K Belashchenko (1985), Structure of liquid and amorphous metals, Moscow, Metalurgy 185, pp 68-70 12 Evteev A.V., Kosilov A.T., Levchenko E.V (2004), Atomic Mechanisms of Pure Iron Vitrification, Journal of Experimental and Theoretical Physics, 99, pp 522-529 13 Evteev A.V., Kosilov A.T., Levchenko E.V., Logachev O.B (2006), Influence of Liquid-Glass Transition on Diffusion and in ComputerSimulated Iron, Defect Diffusion Forum, 249, pp 97-104 14 Hoang V.V., Cuong N.H (2009), Local icosahedral order and thermodynamics of simulated amorphous Fe, Physica B, 404, pp 340346 15 G Dereli (1994), A Monte-Carlo simulation of the growth of amorphous slicon, Sixth international conference on the structure of Non - Crystalline Materials, Praha, Aug 16 Pak H.M., Doyama M (1969), Journal of the Faculty of Engineering, The University of Tokyo Series B, 30, pp 111-120 17 Hoang V.V., Van T.B., Hung P.K (2001), Simulation of structural and magnetic inhomogeneities of amorphous Ni-P alloys, Journal of Metastable and Nanocrystalline Materials, 9, pp 5-20 18 Hung P.K., Nguyen P.N., Belashchenko D.K (1998), Computer simulation of amorphous alloys Co100-xPx and Co81.5B18.5, Izv Akad Nauk SSSR, Metally, 2, pp 118-121 66 19 Hung P.K., Hue H.V., Vinh L.T (2006), Simulation study of pores and pore cluster in amorphous alloys Co100-xBx and Fe100-yPy, Journal of Non-Crystalline Solids, 352, pp 3332-3338 20 J F Sadoc, J Dixmier, Aguinier (1973), Theoretical calculation of dense random packings of equal and non-equal sized hard spheres applications to amorphous metallic alloys, Journal of Non-Crystalline Solids 12, pp 46-60 21 Kien P.H (2013), Local Structural and Tracer Diffusion Mechanism in Amorphous Fe-based Alloys, British Journal of Applied Science & Technology, 3(4), pp 789-798 22 M Mihalkovic, P Mrafko (1996), Quasicrystal structure modeling, Ninth International Conference on Rapidly Quenched and Metastable Materials, Bratislava, Slovakia, Aug pp 25-30 23 P K Leung, J G Wright (1974), Structural investigations of amorphous transition elenment films, Philosophical Magazine 30 (5), pp 995-1008 24 R Yamamoto and M Doyama (1979), The polyhedron and cavity analyses of a structural model of amorphous iron, Journal of Physics F: Metal Physics 9, pp 617-627 25 R A Johnson (1989), Alloy models with the embedded atom method, Physical Revew B 39, pp 12554-12559 26 T Fujiwara and Y Ishii (1980), Structural analysis of models for the amorphous metallic alloy Fe100-xPx, Journal of Physics F: Metal Physics 10, pp 1901-1911 27 Vo Van Hoang and Nguyen Hung Cuong (2009), Local icosahedral order and thermodynamics of simulated amorphous Fe, Physica B 404, pp 340-346 67 28 Zhu A., Shiflet G.J., and Poon S.J (2008), Diffusion in metallic glasses: Analysis from the atomic bond defect perspective, Acta Materialia, 56, pp 3550-3557 29 H Zhang, J F Banfield (2002), Kinetics of crystallization and crystal growth of nanocrystalline anatase in nanometer-sized amorphous titania, Chemistry of Materials 14, pp 4145-41-54 30 Q X Pei, C Lu and H P Lee (2005), Crystallization of amorphous alloy during isothermal annealing: a molecular dynamics study, J.Phys.: Condens Matter17, pp.1493–1504 [...]... đặc tr ng cấu tr c và quá chuy n pha cấu tr c trong vật liệu kim lo i sắt Từ các mô hình mô phỏng ch ng tôi sẽ xác định đ ợc tính chất cấu tr c, hiệu ng già h a của kim lo i sắt khối và h t nano sắt Kết qu mô phỏng của Luận văn sẽ cung cấp dữ liệu quan tr ng và những d đoán cần thiết về đặc tr ng cấu tr c hiệu ng già h a và cơ chế tinh th trong vật liệu kim lo i cho các nghiên c u th c nghiệm và nghiên... n trong th c tế Cho đến bây gi hiệu ng già h a h t nano VĐH m i ch c vài công trình nghiên c u và thông tin về s chuy n pha cấu tr c ở m c đ nguyên t trong h t nano VĐH còn nhiều vấn đ cần gi i thích và cần c thêm những nghiên c u tiếp theo Luận văn l a ch n đề tài Mô phỏng hiện tượng già hóa và chuyển pha cấu trúc trong kim loại sắt nhằm c thêm những hi u biết cơ b n về m t số quá trình x y ra trong. .. biệt và u việt hơn so v i vật liệu tinh th truyền thống Những thông tin quan tr ng về các lo i cấu tr c tinh th kim lo i cấu tr c và tính chất vật liệu kim lo i vô định hình mô phỏng cấu trúc vật liệu vô định hình sẽ đ ợc nhắc đến d i đây Cấu trúc kim loại vô định hình: Kim lo i VĐH tinh khiết nh Cr Mn Fe và Co c th nhận đ ợc bằng cách phun bụi kim lo i lỏng lên m t đĩa đ ợc làm l nh đến nhiệt đ 4 K Sắt. .. ợng liên quan đến đ c ng và đ bền của m t số hợp kim VĐH phụ thu c rất nhiều vào thành phần hoá h c của hợp kim V i hợp kim cùng lo i kim lo i nền thì đ bền vững phụ thu c vào lo i và nồng đ các nguyên tố á kim nh B P…v v Hay phụ thu c vào nồng đ nguyên tố á kim th hai đ ợc đ a thêm vào (đ c ng phụ thu c rất m nh vào lo i và nồng đ chất pha thêm vào) Do vật liệu kim lo i VĐH c cấu tr c của chất lỏng... Bernal [10 22] hay mô hình cấu tr c từ những tinh th nhỏ Tuy nhiên trong những năm trở l i đây việc ng dụng r ng r i máy tính cho việc mô hình hoá cấu tr c của kim lo i và hợp kim lỏng và VĐH cấu tr c vi mô của ch ng đ đ ợc th hiện khá chi tiết cho từng vật liệu kim lo i VĐH Mô hình mô phỏng đơn gi n nhất của kim lo i VĐH là mô hình xếp khít các qu cầu c ng Finney (1970) Mô hình này cho t số các pic... nano kim lo i 3 3 Nhiệm vụ nghiên cứu - Kh o sát đ ợc vi cấu tr c của sắt VĐH - Nghiên c u cơ chế già h a của sắt VĐH và h t nano sắt - Gi i thích đ ợc cơ chế tinh th h a của m u sắt khối và h t nano 4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối t ợng nghiên c u của luận văn là vật liệu kim lo i sắt khối và h t nano sắt trong d i nhiệt đ từ 250 K đến 1200 K 5 Giả thuyết khoa học Ban đầu 10000 nguyên t sắt đ... dụng ph ơng pháp mô phỏng TKHP ĐLHPT ph ơng pháp phân tích vi cấu tr c và ph ơng pháp tr c quan h a 4 Chương 1 TỔNG QUAN Trong ch ơng này tôi trình bày tổng quan về các lo i cấu tr c tinh th của vật liệu kim lo i cấu tr c và tính chất vật liệu kim lo i vô định hình các kết qu mô phỏng cấu tr c về vật liệu vô định hình Cuối cùng ch ng tôi trình bày cấu tr c cũng nh tính chất về h t nano và các kết qu nhận... trong vật liệu khối và trong h t nano kim lo i khi thay đổi nhiệt đ và tiến hành ủ nhiệt ở các nhiệt đ khác nhau 2 Mục đích nghiên cứu Mục đích của luận văn là: 1/ Kh o sát đ ợc vi cấu tr c của sắt khối và h t nano sắt trong d i nhiệt đ từ 250 K đến 1200 K bằng ph ơng pháp mô phỏng đ ng l c h c phân t ; 2/ Nghiên c u hiệu ng già h a (quá trình ủ nhiệt) của sắt khối và h t nano sắt vô định hình; 3/... trị 12 92 và 12 10 nhận đ ợc từ th c nghiệm nhiễu x neutron và tia X Đặc biệt trong công trình này đ ch ra phân bố g c liên kết trong mô hình Fe VĐH ở 300 K là kho ng 60 0 ch ra s v ợt tr i của các tam giác đều trong hệ và hiện t ợng này đ ợc cho là c liên quan đến các khối 20 mặt (icosahedron) hoặc đa diện Frank-Kasper (1991) 1.2 Hạt nano kim loại 1.2.1 Cấu trúc và tính chất hạt nano Cấu trúc hạt nano:... hơn (cấu tr c gần v i cấu tr c tinh th ) d n đến quá trình hồi phục này 1.1.3 Mô phỏng cấu trúc vật liệu vô định hình Mô phỏng vật liệu VĐH th ng đ ợc th c hành theo hai b nhất là xây d ng m t mô hình ch a vài trăm nghìn nguyên t B c B c th c th hai là xác định các tính chất vật lý của mô hình nhận đ ợc Mô phỏng tốt nhất cần ph i đ t đ ợc là: 1- Kết qu thu đ ợc ph i phù hợp v i nh nhiễu x tia X và mật