[发明专利]基于分子动力学的铁液中钛氧团簇生长及结构的表征方法

说明书

本发明公开了一种基于分子动力学的铁液中钛氧团簇生长及结构的表征方法，包括以下步骤：S1、确定Fe‑Ti‑O三元模拟体系的初始成分，并选取描述Fe‑Ti‑O三元体系中所包含的所有原子间相互作用力的势函数；S2、根据Fe‑Ti‑O三元模拟体系的初始成分，建立Fe‑Ti‑O三元模拟体系的初始结构模型；S3、将初始结构模型的信息导入Lammps软件中进行计算，得到铁液中钛氧团簇生长过程中的坐标文件；S4、将坐标文件导入可视化软件进行分析，得到钛氧团簇生长机制；S5、根据坐标文件计算钛氧团簇的去形状因素基元回旋半径和钛氧团簇平均序参数，对钛氧团簇的结构进行表征。本发明，将采用分子动力学模拟的方法研究钢液中钛氧团簇的生长机制，结合可视化的方法观察钛氧团簇的生长过程。

技术领域

本发明涉及钢液夹杂物领域。更具体地说，本发明涉及一种基于分子动力学的铁液中钛氧团簇生长及结构的表征方法。

背景技术

钢中含有O、S、N等元素，在钢高温冷却过程中，这些高浓度的非金属元素会与其他金属元素形成形状各异、大小不同、类型复杂的非金属夹杂物。非金属夹杂物的存在往往造成钢材表面和内部缺陷，给钢基体带来很大的危害，且目前生产工艺无法将钢中夹杂物完全去除。然而，钢中的非金属夹杂物并非都是有害的，研究发现，尺寸小于3μm且弥散分布的钛氧化物能够提高钢的强韧性能。研究钛氧化物在钢基体中的形成过程对于合理调控并利用钛氧化物十分关键。

由于钛与氧的结合过程发生在高温且不透明的铁液中，且形成过程发生在纳秒级，因此实验的方法难以揭示钛氧团簇的形成过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于分子动力学的铁液中钛氧团簇生长及结构的表征方法，将采用分子动力学模拟的方法研究钢液中钛氧团簇的生长机制，结合可视化的方法观察钛氧团簇的生长过程。本发明通过使用分子动力学方法来研究钢中钛氧团簇生长过程，结合可视化方法观察钛氧团簇在生长过程中形貌的变化，并采用去形状因素基元回旋半径和钛氧团簇序参数表征钛氧团簇生长过程中结构变化，从而揭示钛氧团簇的生长过程，对探究TiO夹杂物的形成有着重要的指导意义。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于分子动力学的铁液中钛氧团簇生长及结构的表征方法，包括以下步骤：

S1、根据所需的钛氧浓度，确定Fe-Ti-O三元模拟体系的初始成分，并选取描述所述Fe-Ti-O三元体系中所包含的所有原子间相互作用力的势函数；

S2、根据S1中得到的Fe-Ti-O三元模拟体系的初始成分，建立所述Fe-Ti-O三元模拟体系的初始结构模型；

S3、将S2中建立的所述初始结构模型的信息导入Lammps软件中进行计算，得到铁液中钛氧团簇生长过程中的坐标文件；

S4、将S3中得到的所述坐标文件导入可视化软件进行分析，得到钛氧团簇生长机制；

S5、根据S3中得到的所述坐标文件计算钛氧团簇的去形状因素基元回旋半径和平均序参数，对钛氧团簇的结构进行表征。

优选的是，所述的基于分子动力学的铁液中钛氧团簇生长及结构的表征方法中，S2中采用Packmol软件建立所述Fe-Ti-O三元模拟体系的初始结构模型。

优选的是，所述的基于分子动力学的铁液中钛氧团簇生长及结构的表征方法中，S3中将S2中建立的所述初始结构模型的信息导入Lammps软件中进行计算时，Lammps软件的in文件中设定基于分子动力学模拟Fe液中钛氧团簇生长所需要的模拟参数，所述模拟参数包括设定体系类型、原子类型、边界条件、系综及生长条件。

优选的是，所述的基于分子动力学的铁液中钛氧团簇生长及结构的表征方法中，S4中采用的可视化软件为OVITO软件或Jmol软件。

优选的是，所述的基于分子动力学的铁液中钛氧团簇生长及结构的表征方法中，S5中根据S3中得到的所述坐标文件计算钛氧团簇的去形状因素基元回旋半径的方法如下：