[发明专利]合金纳米晶粒生长的模拟方法、装置、电子设备及介质

说明书

本申请公开了一种合金纳米晶粒生长的模拟方法、装置、电子设备及介质。该方法可以包括：设定初始微观结构，确定模拟的面积，模拟网格大小及模拟时间步长；通过相场法建立合金纳米晶粒生长模型；根据合金数据，分别确定再结晶前和再结晶后的自由能密度函数；将再结晶前和再结晶后的自由能密度函数分别带入合金纳米晶粒生长模型，分别模拟再结晶前的形变组织和再结晶后的合金纳米晶粒，模拟合金纳米晶粒生长。本发明通过再结晶方法获得纳米晶粒，使用连续相场模型，实现模拟真实时空下再结晶过程中纳米多晶合金晶粒生长的过程。

技术领域

本发明涉及纳米结构组织演变模拟技术领域，更具体地，涉及一种合金纳米晶粒生长的模拟方法、装置、电子设备及介质。

背景技术

目前关于低维纳米材料性能及制备技术的研究非常活跃。由于晶粒的尺寸很小，晶界原子的体积百分数非常高，使纳米晶材料具有传统材料无法比拟的特性，比如高强度。而纳米材料特定的结构和形貌对于其性能有着巨大的影响作用。所以，有效地制备具有特定形貌结构的纳米材料，即纳米材料的可控合成与制备是整个纳米科技的重要组成部分，越来越多的制备技术获得了开发和运用。目前关于纳米微粒的制备方法层出不穷，一般可以分为物理方法和化学方法，制备的关键是如何控制颗粒的大小和获得较窄且均匀的粒度分布，但能制备出具有清洁界面结构的纳米块状金属和合金材料的方法并不多。目前较成功的方法主要有电解沉积法、化学气相沉积法等，采用此类方法制备纳米晶过程中会引入杂质、气孔等缺陷。

实验研究纳米材料的显微组织演变，不仅花费巨大，而且缺乏组织演变机理的信息无法解释矛盾的数据，很多情况无法得到真实的规律。随着功能强大的计算机的出现，材料中显微组织结构、演变机理和性能的模拟研究已经成为现代材料科学的重要组成部分。

目前关于纳米晶结构或性能的模拟多采用第一原理和分子动力学方法，但是这两种方法模拟的尺度太小，模拟的时间在皮秒尺度，无法对纳米晶显微组织演变进行模拟。而元胞自动机和蒙特卡罗方法都是解微分方程方法，虽然可以轻松地数值摹拟纳米组织的形貌，但不能揭示纳米生长的物理机理。

因此，有必要开发一种基于相场模拟方法的合金纳米晶粒生长的模拟方法、装置、电子设备及介质。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种合金纳米晶粒生长的模拟方法、装置、电子设备及介质，其能够通过再结晶方法获得纳米晶粒，使用连续相场模型，实现模拟真实时空下再结晶过程中纳米多晶合金晶粒生长的过程。

第一方面，本公开实施例提供了一种合金纳米晶粒生长的模拟方法，包括：

设定初始微观结构，确定模拟的面积，模拟网格大小及模拟时间步长；

通过相场法建立合金纳米晶粒生长模型；

根据合金数据，分别确定再结晶前和再结晶后的自由能密度函数；

将再结晶前和再结晶后的自由能密度函数分别带入所述合金纳米晶粒生长模型，分别模拟再结晶前的形变组织和再结晶后的合金纳米晶粒，模拟合金纳米晶粒生长。

优选地，所述合金纳米晶粒生长模型为：

其中，L为结构松弛常数，M为化学能动性常数，η_j(r,t)是长程取向常数，j为晶粒可能的取向，r为矢量位置，dr＝dx×dy×dz，t为时间，c(r,t)是成分场变量，F是系统自由能。

优选地，再结晶前和再结晶后的系统的总自由能密度函数为：