NiZr合金玻璃形成过程的分子动力学模拟

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非晶合金是一种新型材料,由于它具有各种优良的性能,使人们不断的去探索和研究。CuZr非晶合金是二元合金系中玻璃形成能力(GFA)较强的合金,它有着较宽的玻璃形成组分区间。由于化学成分简单,人们很早就开始研究二元CuZr大块金属玻璃。NiZr合金是在CuZr合金的研究基础上提出来的,尽管NiZr合金的Tg/T和γ值非常接近甚至高于CuZr。但相比于CuZr合金,在相对较宽的成分区间内NiZr合金的玻璃形成能力较差很难获得完整的大块金属玻璃。  本文选择NiZr合金玻璃为研究对象,采用分子动力学方法模拟研究了NiZr合金微观结构随温度变化的演化过程。并从体系结构的角度,对NiZr合金的玻璃形成能力和熔体的脆性进行了系统性的研究。  首先,研究了在同一冷却速率下加入Ni元素对NiZr合金体系中微观结构类型的影响。我们的目的在于通过原子微观结构展示它的玻璃形成能力。通过键角分析方法,统计了NiZr合金中各结构类型的数量。通过比较金属玻璃内部的局域原子结构,认为二十面体(ico)和其他非晶体结构(other)是影响非晶形成能力的主要因素。计算体系的ico和other结构,发现在50%Ni含量的体系中ico+other结构达到最大值,认为Ni50Zr50的非晶形成能力比较强。其次,通过分析体系的径向分布函数(rdf),根据rdf第一峰峰值的变化关系,提出了新的结构脆性参数(Δh)。Δh反映了液体结构随温度变化的快慢。Δh越小,表明NiZr合金的结构随温度变化越慢,结构越稳定。  采用三参数的Green-Kubo方法,计算了冷却过程中NiZr合金熔体的粘度。并在Angell的动力学脆性基础上,利用相关的粘度数据提出了新的脆性系数(m)。本文最后对NiZr合金体系的结构脆性Δh与熔体脆性m进行了对比分析。在0~30%Ni和80~100%Ni含量变化区间内,m与Δh变化存在负的相关性。而在30~80%Ni含量变化区间内,Δh与m之间存在正相关性。这种相关性将微观动力学性质与液体的宏观动力学性质紧密的联系起来。
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