Zr基非晶合金快速凝固过程中局域原子结构的模拟研究

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非晶合金因其优异的物理化学和机械性能,在很多领域有广阔的应用前景。其中Zr基非晶合金因为高强度、高韧性、高弹性极限、高耐腐蚀性以及优秀的玻璃形成能力更是格外受到广泛关注。Zr基非晶合金优异的性能源于其特殊的原子结构,关于非晶合金微观原子结构的研究从来没有停止过,但是很多关键问题如玻璃转变的本质等都没有得到很好的解释,本文以Zr-Ni二元非晶合金和Zr-Ni-Al三元非晶合金为研究对象,采用分子动力学的方法,研究冷却速率、压强对Zr67Ni33非晶合金局域原子结构的影响以及探究Al原子含量对Zr67Ni33-xAlx(x=5,10,15,20)非晶合金局域结构的影响。主要得到如下结论:(1)在一定的冷却速率范围内,冷却速率的降低会使Zr67Ni33体系的玻璃转变温度和自由体积含量降低,低冷却速率促进Zr-Zr、Zr-Ni原子之间的结合并且促进原子进入Zr原子为中心的配位多面体而抑制原子进入Ni原中心的配位多面体,提高体系结构有序性和稳定性。(2)在一定的压强范围内,随着压强的增大,Zr67Ni33体系玻璃转变温度也跟着升高,自由体积含量随之减少,短程有序度逐渐增强,五次对称性变高,抑制结晶能力变强,即非晶形成能力越强。压强越高,原子扩散越来难以进行,体系动力学减慢现象和动力学不均匀性越来越显著。(3)在一定的Al原子含量范围内,Al原子含量的增加,Zr67Ni33-x3-x Alx(x=5,10,15,20)成分非晶合金玻璃转变温度升高,以Zr原子为中心的团簇变多且变大,以Ni原子为中心的团簇变小且含量越来越少,以Al原子为中心的团簇也是逐渐变小但是含量越来越少。团簇间共享三个原子数量逐渐增加,伴随着共享两个原子的连接方式的减少,非晶合金的原子结构变得越有序越稳定。
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