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    LAMMPS实操系列(一): 大量FCC-CoCrCuFeNi高熵合金建模与最稳定结构筛选
    来源: 时间:2022-11-02 16:45:42 浏览:2069次

    高熵合金(High-entropy alloys,HEA),是由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金。由于高熵合金可能具有许多优秀的物理化学性质,因此在材料科学领域受到广泛关注。一般的合金中,金属成分一般只有一到两种,例如铁基、镍基合金,它们一般以铁或镍为基础,再加入一些量的元素来提升其性能。以往的观念中,若合金中加的金属种类越多,会使其材质脆化,但高熵合金和以往的合金不同,有多种金属却不会脆化,是一种新的金属材料

    本章我们将介绍利用LAMMPS结合bash脚本来批量建立具有格点原子无序的FCC-CoCrCuFeNi高熵合金,并进行结构优化并统计能量,得出能量最小结构的过程。

    我们的建模过程是先建立10x10x10的FCC-Fe的超胞,然后按比例替换铁原子,最后得到组份相等的高熵合金CoCrCuFeNi,由于高熵合金的格点原子构型是无序的,因此我们需要建立大量的模型,筛选出能量最小的一个。大量建模中需要注意以下几个方面:

    (1)我们建模过程中按比例替换Fe原子时,需要给定随机数组,相同的随机数组出来的构型是一样的,因此我们每建立一个新的模型都会给一组和前面不同的随机数。

    (2)我们建成千上万的模型不可能手动提交任务因此需要写循环完成。

    解决以上问题,我们运用了LAMMPS程序中的shell脚本,并结合LAMMPS的循环命令成功完成。我们的LAMMPS脚本如下:

    units         metal

    boundary      p p p

    atom_style    atomic

    timestep      0.001

    #构建模型

    lattice       fcc 3.56

    region        box block 0 10 0 10 0 10

    create_box    5 box

    label         loop

    variable      a loop 1000

    log         log.$a

    create_atoms   1 box

    set    type 1 type/ratio 2 0.2 12499

    set    type 1 type/ratio 3 0.5 12499

    set    type 1 type/ratio 4 0.5 12499

    set    type 3 type/ratio 5 0.5 12499

    #设置原子质量

    mass    1 55.8 #Fe

    mass    2 58.7 #Ni

    mass    3 52 #Cr

    mass    4 59 #Co

    mass    5 63 #Cu

    #设置势函数

    pair_style eam/alloy

    pair_coeff * * FeNiCrCoCu-with-ZBL.eam.alloy Fe Ni Cr Co Cu

    #cg和sd交替进行能量最小化

    min_style       cg

    minimize       1.0e-6 1.0e-7 10000 10000

    run 0

    min_style       sd

    minimize       1.0e-6 1.0e-7 10000 10000

    run 0 

    min_style       cg

    minimize       1.0e-6 1.0e-7 10000 10000

    run 0

    write_data FeNiCrCoCu_$a.data

    group ALL type 1 2 3 4 5

    delete_atoms group ALL

    #为建立新模型调用shell脚本更换随机数

    shell ./mseed.sh

    next      a

    jump FeNiCrCoCu.in loop

    通过运行该脚本,我们获得了1000个模型如图1所示。同时,通过共轭梯度和快速下降方法交替对每个模型进行优化,获得其结构优化的能量。如图2所示,我们通过排序得出了第620号模型的能量是最低的,因此我们选用620号模型作为我们下一步研究工作的模型。图3为我们筛选出来的620号FCC-CoCrCuFeNi高熵合金模型。

    图1. 随机建模生成的1000个FCC-CoCrCuFeNi高熵合金模型及其序号

    图2. 按能量大小排序后的各序号对应的FCC-CoCrCuFeNi高熵合金模型

    图3. 筛选出的620号FCC-CoCrCuFeNi高熵合金模型

    本章,我们介绍了对于格点原子无序的FCC-CoCrCuFeNi高熵合金理论模拟中的建模思想,以及LAMMPS的程序实现,下一章我们将详细解读我们本章贴出的脚本,以及结果快速后处理的程序实现。


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    12条评论
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    全部 3小时前 四川
    文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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