三元Fe-Nb-B合金液態(tài)和非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的第一性原理分子動力學(xué)研究.pdf

1、非晶合金是一類具有獨特性能的新材料，其原子結(jié)構(gòu)具有“長程無序，短程有序”的特點。探索非晶合金的原子結(jié)構(gòu)有助于深層次了解和進一步改善非晶合金的性能，也是研究者們研究的重點。鐵基非晶合金是非晶合金中工業(yè)化應(yīng)用最廣的合金體系之一，同時鐵基非晶合金中往往含有B等非金屬元素，相比于金屬-金屬基非晶合金其局域原子結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。本文采用第一性原理分子動力學(xué)(AIMD)的模擬方法研究三元Fe90-xNb10Bx(x=10，20，30)合金在液態(tài)和非晶態(tài)

2、以及降溫過程中的原子結(jié)構(gòu)，同時模擬計算二元Fe80B20合金進行對比研究，系統(tǒng)地認(rèn)識這一體系的原子結(jié)構(gòu)特點，分析非晶形成能力產(chǎn)生差異的結(jié)構(gòu)原因并嘗試分析不同的晶化過程。
　　通過對二元Fe80B20和三元Fe90-xNb10Bx(x=10，20，30)合金液態(tài)原子結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，該類合金成分不同會導(dǎo)致液態(tài)局域結(jié)構(gòu)存在顯著差異，這種結(jié)構(gòu)差異對體系液態(tài)動力學(xué)行為產(chǎn)生影響，進而影響降溫過程中非晶的形成能力。
　　通過對二元Fe80

3、B20和三元Fe90-xNb10Bx(x=10，20，30)合金非晶態(tài)原子結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，非晶態(tài)原子結(jié)構(gòu)相比于液態(tài)結(jié)構(gòu)更加有序，但原子配位數(shù)情況與液態(tài)相比相差不大。在非晶態(tài)以Fe原子為中心的團簇中類二十面體團簇<01102>含量最多，而液態(tài)中類bcc型團簇<0364>含量最多。以B原子為中心的團簇均為棱柱型團簇，在B含量少的Fe80Nb10B10合金中以<0280>團簇為主，在B含量多的合金中以含有B-B鍵的<0360>團簇為主。同時研

4、究發(fā)現(xiàn)Nb原子加入后B原子更傾向于與Nb原子連接。B原子周圍不同的原子結(jié)構(gòu)特征以及成鍵的傾向性與其晶化過程結(jié)構(gòu)的演化密切相關(guān)，顯著影響體系的非晶形成能力。
　　通過對二元Fe80B20和三元Fe90-xNb10Bx(x=10，20，30)合金形成非晶的降溫過程中原子結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，在降溫過程中原子有序化程度增加但原子與原子之間的距離變化不大。B原子含量多少會影響降溫過程中B原子局域結(jié)構(gòu)的變化趨勢。同時Nb原子的加入和B原子的增加均

5、使得體系的團簇種類增加，結(jié)構(gòu)更不均勻和復(fù)雜，降溫過程團簇之間的相互競爭有助于非晶形成能力的提高。不同類型團簇之間的競爭機制可解釋該合金體系非晶形成能力產(chǎn)生差異的原因。
　　同時，關(guān)于二元Fe80B20和三元Fe90-xNb10Bx(x=10，20，30)非晶合金態(tài)密度(DOS)的研究表明，此非晶合金體系的電子結(jié)構(gòu)與成分的關(guān)系不大，Nb原子的加入對Fe-B體系的態(tài)密度沒有明顯影響。Fe、Nb、B三種原子兩兩之間的電荷密度分布情況表明