Zr65Cu35非晶合金结构及动力学的分子动力学模拟

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本文采用分子动力学模拟方法研究了Zr65Cu35非晶合金的结构和动力学。在结构研究方面,利用Voronoi多面体分析Zr65Cu35非晶合金结构,结果表明,二十面体团簇已不能够作为描述该非晶结构特征的参数,而五重对称结构普遍存在于该非晶合金中,所以,在Zr65Cu35非晶合金中应用局域五重对称性(LFFS)来描述其结构特征。通过分析Zr65Cu35非晶合金中的LFFS分布发现,在该非晶中五次对称性强、弱区域分布不均,表现出了非晶结构的不均匀特征。通过研究Zr65Cu35非晶合金形成过程中动力学性质的变化,发现随着温度的降低,β弛豫持续的时间不断增加,且原子的扩散规律并不单一,随温度发生变化,体系中的动力学不均匀的程度明显增加。计算非晶合金LFFS值发现,LFFS值小于0.3的原子β弛豫时间短,在0.7至1之间的原子动力学行为比较缓慢,即β弛豫时间长,在0.3至0.7之间的原子对整体动力学影响不大,该结果证明了非晶中五次对称性强的结构减慢了其动力学行为。本文进一步研究了Zr65Cu35非晶在升温过程中储能模量和内耗的变化,发现Zr65Cu35非晶合金的β弛豫是以过剩尾的形式在内耗曲线上体现的,同时研究了加载频率对弛豫行为的影响,发现在玻璃转变之前,存在着β弛豫向α弛豫的转变。对非晶模型分别在730K(玻璃转变温度以下)和850K(玻璃转变温度以上)进行了退火处理,然后探测其在后续升温过程中的动态力学性能,并与未进行退火处理的非晶模型对比。结果显示,经730K退火处理后,内耗减小,储能模量增加,β弛豫强度下降。而经850K退火处理后,在低温时的内耗得到了明显提高,在一定程度上提高了β弛豫强度,这将为改善Zr65Cu35非晶合金的力学性能提供了思路。
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