金屬玻璃內部結構及高溫合金扭轉晶界的分子動力學研究.pdf

1、本文采用分子動力學模擬方法，在現(xiàn)有較為精確的勢函數條件下，從理論上對金屬玻璃（包括單質Al和Al-Co合金）和高溫合金晶界(Ni/Ni3Al)內部結構及特性進行系統(tǒng)的研究。論文的研究內容包含三個主要部分:單質金屬鋁在高溫退火過程中不同退火速率和不同溫度階段內部結構的變化、在摻入～25％原子比例的鈷元素后鋁鈷二元合金的玻璃態(tài)形成能力的影響、高溫合金Ni/Ni3Al的晶界結構和斷裂模式的動力學分析。
　　金屬玻璃態(tài)材料內部結構極其復雜

2、，一般會認為是長程無序短程有序的。我們分別采用Honeycutt-Andersen指標法、Voronoi棋盤法、對分布函數(Pairdistributionfunction，PDF)、鍵角分布函數(Bond-angledistributionfunction)和原子團簇校正法(Atomicclusteralignmentmethod)對玻璃態(tài)形成的各個退火環(huán)節(jié)進行內部結構的分析。雖然實驗上單質金屬玻璃尚未被發(fā)現(xiàn)，但是從理論上對單質金屬的

3、快速退火模擬從而達到玻璃態(tài)結構，對金屬玻璃的形成和內部結構的分析具有重要的意義。我們發(fā)現(xiàn)標志玻璃態(tài)形成質量好壞的重要指標主要是材料體內二十面體(ICO)結構及類似二十面體(ICO-like)結構含量的多少。在上述的分析方法中ICO表現(xiàn)為:Honeycutt-Andersen指標155，voronoi指標為<0，0，12，0>，PDF表現(xiàn)為第二個峰的劈裂，鍵角分布函數表現(xiàn)為63.4°和113.4°為主要含量，原子團簇校正法則直接呈現(xiàn)出IC

4、O結構圖。接著，我們對二元合金的玻璃態(tài)形成能力與單質的情況進行了比較，Al-Co合金在高速退火條件下，玻璃態(tài)轉變溫度600K明顯高于單質Al的玻璃態(tài)轉變溫度300K，在結構分析中，合金體系的ICO結構含量也明顯高于單質的ICO結構含量。這些表明，在外界條件相同的情況下，合金具有更好的玻璃形成能力。
　　對于高溫合金Ni/Ni3Al，采用中心對稱參數方法Centro-Symmetryparameter(CS)分析扭轉晶界的界面位錯類

5、型和在外界應力應變條件下位錯的傳播，以及高角度扭轉晶界與低角度扭轉晶界斷裂模式的區(qū)別。我們發(fā)現(xiàn)低角度扭轉晶界的位錯主要從晶界的四個角處向中心擴展，然后在材料達到塑性應變時晶界中心形成斷裂，斷裂缺口不斷向邊緣處擴大，且斷裂界面十分粗糙。但是對于高角度扭轉晶界，位錯從晶界的邊界處發(fā)起卻不向中心擴展，有趣的是，在達到塑性應變階段，材料會在晶界處突然出現(xiàn)斷裂，斷裂界面非常平整，這與低角度扭轉晶界的斷裂情況差別很大。最后，我們對高溫合金的不同位錯