基于分子动力学研究温度对Ti/TiN体系中N扩散行为的影响

摘要:

基于分子动力学模拟方法，探究以TiN为扩散介质时，N原子在α-Ti基体中的扩散行为。分析温度对N原子扩散速率、扩散路径及扩散产物结构的调控机制。通过原子运动轨迹重构与空间分布统计，直观呈现N在Ti基体中的扩散迁移路径；利用径向分布函数和原子数密度分布分析，表征扩散产物的短程有序结构及浓度梯度演变，明确温度对N扩散行为的影响。结果表明：扩散过程中TiN/Ti界面处的N首先开动，Ti-N键断裂；扩散产物以α-Ti间隙固溶体为主，另有少量Ti_3N、Ti_2N化合物；扩散行为主要发生在1200 K以上，且随着温度的升高N扩散速率呈指数级增加，900 K以下时仅有少量N扩散到α-Ti结构间隙中，TiN结构相对稳定；1200 K时N的扩散系数为2.5×10~(-12) m~2·s~(-1),N在TiN/Ti界面处的扩散激活能为0.39 eV。钛材生产过程中，将加工温度控制在900 K以下可有效抑制TiN夹杂中N扩散造成的影响。

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