金屬玻璃內(nèi)部結(jié)構(gòu)及高溫合金扭轉(zhuǎn)晶界的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、本文采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，在現(xiàn)有較為精確的勢(shì)函數(shù)條件下，從理論上對(duì)金屬玻璃（包括單質(zhì)Al和Al-Co合金）和高溫合金晶界(Ni/Ni3Al)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特性進(jìn)行系統(tǒng)的研究。論文的研究內(nèi)容包含三個(gè)主要部分:單質(zhì)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和斷裂模式的動(dòng)力學(xué)分析。
　　金屬玻璃態(tài)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜

2、，一般會(huì)認(rèn)為是長程無序短程有序的。我們分別采用Honeycutt-Andersen指標(biāo)法、Voronoi棋盤法、對(duì)分布函數(shù)(Pairdistributionfunction，PDF)、鍵角分布函數(shù)(Bond-angledistributionfunction)和原子團(tuán)簇校正法(Atomicclusteralignmentmethod)對(duì)玻璃態(tài)形成的各個(gè)退火環(huán)節(jié)進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析。雖然實(shí)驗(yàn)上單質(zhì)金屬玻璃尚未被發(fā)現(xiàn)，但是從理論上對(duì)單質(zhì)金屬的

3、快速退火模擬從而達(dá)到玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)，對(duì)金屬玻璃的形成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析具有重要的意義。我們發(fā)現(xiàn)標(biāo)志玻璃態(tài)形成質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)主要是材料體內(nèi)二十面體(ICO)結(jié)構(gòu)及類似二十面體(ICO-like)結(jié)構(gòu)含量的多少。在上述的分析方法中ICO表現(xiàn)為:Honeycutt-Andersen指標(biāo)155，voronoi指標(biāo)為<0，0，12，0>，PDF表現(xiàn)為第二個(gè)峰的劈裂，鍵角分布函數(shù)表現(xiàn)為63.4°和113.4°為主要含量，原子團(tuán)簇校正法則直接呈現(xiàn)出IC

4、O結(jié)構(gòu)圖。接著，我們對(duì)二元合金的玻璃態(tài)形成能力與單質(zhì)的情況進(jìn)行了比較，Al-Co合金在高速退火條件下，玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度600K明顯高于單質(zhì)Al的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度300K，在結(jié)構(gòu)分析中，合金體系的ICO結(jié)構(gòu)含量也明顯高于單質(zhì)的ICO結(jié)構(gòu)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(duì)于高溫合金Ni/Ni3Al，采用中心對(duì)稱參數(shù)方法Centro-Symmetryparameter(CS)分析扭轉(zhuǎn)晶界的界面位錯(cuò)類

5、型和在外界應(yīng)力應(yīng)變條件下位錯(cuò)的傳播，以及高角度扭轉(zhuǎn)晶界與低角度扭轉(zhuǎn)晶界斷裂模式的區(qū)別。我們發(fā)現(xiàn)低角度扭轉(zhuǎn)晶界的位錯(cuò)主要從晶界的四個(gè)角處向中心擴(kuò)展，然后在材料達(dá)到塑性應(yīng)變時(shí)晶界中心形成斷裂，斷裂缺口不斷向邊緣處擴(kuò)大，且斷裂界面十分粗糙。但是對(duì)于高角度扭轉(zhuǎn)晶界，位錯(cuò)從晶界的邊界處發(fā)起卻不向中心擴(kuò)展，有趣的是，在達(dá)到塑性應(yīng)變階段，材料會(huì)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(zhuǎn)晶界的斷裂情況差別很大。最后，我們對(duì)高溫合金的不同位錯(cuò)