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非晶合金,又称为金属玻璃.在高温下,将金属熔化物猝冷,此时液态下无序排列的原子来不及重新排列,从而形成非晶。在一定的温度范围内,这种状态保持相对稳定;其结构具有短程有序,长程无序的特征,因此非晶合金特有的微结构使其具有许多普通晶态合金材料所不具备的优异的力学特性,电磁学特性,化学特性,电化学特性和催化活性,使之在工业和国防事业上具有潜在的应用价值。在过去的几十年里,科学家和工程师对非晶合金进行了大量的研究工作,发现许多合金体系具有很强的非晶形成能力(GFA),并且能够制备成大块金属玻璃。
本文利用开源的大规模原子分子并行程序(LAMMPS)研究了Al-M(M=Ti,Co)非晶合金的微观结构。主要通过平均原子体积、双体分布函数、键角分布函数、键对分析和Voronoi分析等方法,研究不同条件下Al-M(M=Ti,Co)的微观局域结构的变化规律,从而得出以下结论:
1.通过对相关函数分布函数、配位数和Voronoi多面体方法研究了非晶态Al25Ti75合金在300 K时的短程序和中程序。研究表明:在Al25Ti75合金非晶体中,短、中程序都具有二十面体或缺陷二十面体的壳层结构。
2.在不同压强下,采用相同的冷却速率研究Al75Ti25合金冷却过程中微观结构变化规律,研究发现:在0 GPa和5 GPa下,液态Al75Ti25合金冷却到300 K时都可以形成非晶玻璃,但随着压强增加,玻璃化转变温度增加;不同压强下,随着温度的逐渐降低,体系中的二十面体和缺陷二十面体的含量都增加;然而在300K时随着压强的增加,体系中的二十面体结构增多,而缺陷二十面体结构几乎没有改变。
3.采用快速冷却的方法研究Al75Co25合金,我们发现:该体系的温度在900 K左右,Al75Co25合金体系开始从液态转变为玻璃态;此时1431键对、1551键对、1541键对随着温度的快速降低而增加,说明体系中的二十面体和缺陷二十面体的含量也随之增加。