利用分子动力学模拟与马尔可夫状态模型阐明Ti-Al体系的界面动力学
介观与纳米尺度物理
2023-11-09 v2 机器学习
计算物理
数据分析、统计与概率
摘要
由于其优异的力学与化学性能，Ti-Al基材料在汽车、航空航天和国防等众多工程领域引起了相当大的关注。凭借低密度、高强度以及耐腐蚀和抗氧化性，这些金属间合金与化合物金属-金属基复合材料已获得多样化应用。本研究深入探讨这些Ti-Al体系的界面动力学，特别关注在实验热处理条件下TiAl晶界存在时Ti与Al原子的行为。结合分子动力学与马尔可夫状态模型分析，我们细致考察了TiAl形成所涉及的动力学过程。分子动力学模拟表明，在热处理初期，主导过程是Al原子通过TiAl晶界向Ti表面扩散。马尔可夫状态建模识别出在该过程中形成的Ti/Al混合物内Al原子的三种不同动力学状态，每种均呈现独特的空间分布。以转移时间尺度作为动力学快慢的定性度量，观察到相较于Al表面，Al动力学在Ti表面附近显著更慢。综合来看，结果提供了对界面动力学的全面理解，并揭示了一种三阶段扩散机制。该过程始于Al的预熔化，继之以Al原子向Ti表面的主导扩散，并随混合物中Ti浓度逐步升高而最终停止。本研究获得的见解可显著促进对这些高性能Ti-Al基材料制造过程的控制与优化。
引用
@article{arxiv.2306.14568,
title = {Elucidating Interfacial Dynamics of Ti-Al Systems Using Molecular Dynamics Simulation and Markov State Modeling},
author = {Tianjiao Li and Chenxi Tian and Atieh Moridi and Jingjie Yeo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.14568},
year = {2023}
}