论文部分内容阅读
金属玻璃(MetallicGlasses)是一种原子无序密堆的新型亚稳态材料,通常由熔体快速淬火形成,在适当的温度和时间条件下会演化成结构相对稳定相。该过程一般称为物理时效,它与材料宏观性能的变化密切相关,对亚稳态材料有非常重要的影响。虽然人们对这个领域已经研究了几十年,但仍然不是很明确时效过程中无序原子结构是如何演变的以及如何精确的对该过程加以控制。β弛豫是玻璃态物质的一种本征特征,对β弛豫的研究有利于了解时效过程的结构演变。由于β弛豫行为发生得很快,同时还受高强度α弛豫峰的屏蔽,在弛豫谱中表现出的强度往往很低,导致单独研究β弛豫行为变得相对困难。最近的研究发现La-Al-Ni金属玻璃有显著β弛豫行为,而用Cu原子代替Ni后则变得不明显,这为本课题提供了很好的模型体系;同时研究表明金属玻璃中过剩的自由体积也会影响原子的动态行为。因此本文主要研究了 Ni/Cu原子含量和0.9Tg温度退火对La-Al-Ni/Cu金属玻璃β弛豫行为的影响。为了 了解元素含量变化对β弛豫的影响,我们设计了两个系列的合金成分,一种是La85-xAl1sNix(x = 10～35at.%),另一种是 La70A130-xNix(x = 5 to 20 at.%)。此外还选择了四个La85-xAl15Cux(x=10～35at%)成分与含Ni体系进行对比。为了研究β弛豫差异的来源,我们采用先进的高能同步辐射X射线衍射(X-ray diffraction)和X射线精细吸收结构(X-ray absorption fine structure)测试,再结合从头算分子动力学(ab initio Molecular dynamics)模拟仔细研究了四种代表性金属玻璃La50Al15Ni35,La50Al15Cu35,La70Al15Ni15和 La70Al15Cuis 中局域静态和动态结构的差异,以此揭示结构对β弛豫行为的影响。本研究得到以下主要结论:(1)La-Al-Ni金属玻璃具有显著的β弛豫行为,随着La85-xAli5Nix金属玻璃中Ni原子含量从10%增加到35%,或是La70Al30-xNix金属玻璃中A1原子含量从10%增加到25%,β弛豫会向高温方向移动并且强度有所上升。经过低于Tg温度的退火,β弛豫行为更加显著,与α弛豫更为分离。(2)La-Al-Cu金属玻璃的β弛豫行为不太明显,退火后随着过剩自由体积湮灭,β弛豫逐渐消失。(3)La-Al-Cu金属玻璃的β弛豫较依赖于过剩自由体积,而用Ni原子替换Cu原子可以使Ni周围的原子堆积变得松散,表现出较大的振动均方位移(Mean square displacement,MSD),有助于La-Al-Ni金属玻璃获得显著的β弛豫行为。