李晓彤等：经验原子势下铝镁合金中溶质原子向位错芯迁移的最低能量路径 ·903· 0.5 a 0.6 b 0.4 0.5A R8 R8 03 0.4 03 03 0.1 R15 R15 0 0上e f▣ +R1 0.1 0.2 0.40.6 0.8 1.0 -0.1 0 0.20.40.60.8 1.0 反应驱动坐标 反应驱动坐标 R15 图6溶质镁原子位于位错拉压应力区时借助空位向位错芯扩散的迁移最低能量路径及过渡态.()拉应力区(8=-90°)：(b)压应力区 (0=+90°) Fig.6 MEP and transition states of a Mg solute migration to dislocation below and above dislocation line with a vacancy mechanism:(a)tension stress field (=-90);(b)compression stress field (0+90) Z1ī2 相对势能eV 0.18 0.33eV0.46eV >0.01 ○&●● ◆XT1101 拉应力区 0.38eV 个o.39ev 0.45eV 0.59eV -0.01 0.46eV 0.42eV 0.02 0.47eV ●0.45ev <-0.03 0.48eV -459 0.49eV -0.02 90° 图7本征空位存在时位错拉应力场对溶质镁原子扩散行为的影响 Fig.7 Different migration energy and potential energy change after the migration in the stress fields of an edge dislocation core with a vacancy mecha- nism 当空位浓度随着温度的升高而升高，溶质镁原 移.结论之一是溶质原子易于偏聚在位错芯的拉应 子在位错应力场影响下的偏聚会更加明显，可以预 力区.据图5可知，待溶质原子扩散至位错正下方 见铝镁合金的PLC效应也会有所增强.基于此考 后，更易稳定在距离滑移面2个原子层间距（π≈ 虑，利用过渡态理论计算了空位参与扩散时溶质原 0.738nm)的位置.当若干溶质原子同时稳定于此， 子迁移的热激活时间.计算所用公式为 将会涉及到它们沿位错线分布的线密度问题.为了 t=k×exp(E./kgT), 尝试探讨这一问题，先假设有两个溶质原子沿位错 其中：t为热激活时间，指前因子k。通常拟定为102~ 线排布（图8中Mgl与Mg2),当它们间距无限大时 104s1[6],这里选取为102s1,E为文中计算所 没有相互作用.在忽略点阵中溶质气团其他原子的 得势能垒，k和T分别为玻尔兹曼常数和热力学温 前提下，溶质原子之间的交互作用应导致一个临界 度.计算结果列于表1，显示出当空位参与扩散时， 距离值的存在，当溶质原子间距小于此临界值，间距 迁移热激活的时间处在8ms和2us之间. 的改变会对体系总能量产生影响.先将Mgl与Mg2 2.4溶质原子沿位错线分布的密度 置于如图8所示位置（间距13个晶格点阵位置）， 上文讨论的都是溶质原子朝向位错芯的扩散迁 然后令Mg2依次置换它的近邻铝原子使得两者间李晓彤等: 经验原子势下铝镁合金中溶质原子向位错芯迁移的最低能量路径 图 6 溶质镁原子位于位错拉压应力区时借助空位向位错芯扩散的迁移最低能量路径及过渡态. (a)拉应力区( 兹 = - 90毅);(b)压应力区 (兹 = + 90毅) Fig. 6 MEP and transition states of a Mg solute migration to dislocation below and above dislocation line with a vacancy mechanism:(a) tension stress field (兹 = - 90毅); (b) compression stress field (兹 = + 90毅) 图 7 本征空位存在时位错拉应力场对溶质镁原子扩散行为的影响 Fig. 7 Different migration energy and potential energy change after the migration in the stress fields of an edge dislocation core with a vacancy mecha鄄 nism 当空位浓度随着温度的升高而升高,溶质镁原 子在位错应力场影响下的偏聚会更加明显,可以预 见铝镁合金的 PLC 效应也会有所增强. 基于此考 虑,利用过渡态理论计算了空位参与扩散时溶质原 子迁移的热激活时间. 计算所用公式为 t = k - 1 0 伊 exp(Ea / kB T), 其中:t 为热激活时间,指前因子 k0 通常拟定为 10 12 ~ 10 14 s - 1 [16] ,这里选取为 10 12 s - 1 ,Ea 为文中计算所 得势能垒,kB 和 T 分别为玻尔兹曼常数和热力学温 度. 计算结果列于表 1,显示出当空位参与扩散时, 迁移热激活的时间处在 8 ms 和 2 滋s 之间. 2郾 4 溶质原子沿位错线分布的密度 上文讨论的都是溶质原子朝向位错芯的扩散迁 移. 结论之一是溶质原子易于偏聚在位错芯的拉应 力区. 据图 5 可知,待溶质原子扩散至位错正下方 后,更易稳定在距离滑移面 2 个原子层间距( r抑 0郾 738 nm)的位置. 当若干溶质原子同时稳定于此, 将会涉及到它们沿位错线分布的线密度问题. 为了 尝试探讨这一问题,先假设有两个溶质原子沿位错 线排布(图 8 中 Mg1 与 Mg2),当它们间距无限大时 没有相互作用. 在忽略点阵中溶质气团其他原子的 前提下,溶质原子之间的交互作用应导致一个临界 距离值的存在,当溶质原子间距小于此临界值,间距 的改变会对体系总能量产生影响. 先将 Mg1 与 Mg2 置于如图 8 所示位置(间距 13 个晶格点阵位置), 然后令 Mg2 依次置换它的近邻铝原子使得两者间 ·903·