金屬玻璃內(nèi)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(shù)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(nèi)部結構及特性進行系統(tǒng)的研究。論文的研究內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(shù)(Pairdistributionfunction，PDF)、鍵角分布函數(shù)(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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(shù)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(shù)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