Ti-Ni-Cu合金系的液態(tài)結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、Ti基大塊非晶不僅具有其他塊體非晶的特點(diǎn)，還具有抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度高，密度低、生物適應(yīng)性突出，玻璃轉(zhuǎn)變溫度高等優(yōu)點(diǎn)。因此，在許多領(lǐng)域都是非常重要的材料，例如用作精密儀表儀器部件、生物材料以及高溫耐蝕結(jié)構(gòu)材料。對(duì)Ti基合金液態(tài)結(jié)構(gòu)的研究對(duì)于Ti基大塊非晶的制備、發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。本文通過應(yīng)用第一性原理分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法，分別研究了Ti-Ni、Ti-Cu和Ni-Cu二元合金系以及Ti-Ni-Cu三元合金體系的液態(tài)結(jié)構(gòu)。
　　

2、 Ni和Cu原子具有相似的原子尺寸和化學(xué)性質(zhì)，Ti-Ni和Ti-Cu合金體系的液態(tài)結(jié)構(gòu)也很相似。在Ti-Ni二元合金系的液態(tài)結(jié)構(gòu)中，異類原子之間形成的化學(xué)短程序是占主導(dǎo)的短程序。Ti原子周圍的Voronoi多面體以類二十面體團(tuán)簇居多，其次是變形bcc結(jié)構(gòu)以及完整二十面體團(tuán)簇。Ni原子周圍的多面體分?jǐn)?shù)比Ti周圍的高，在Ti-Ni二元合金系的液態(tài)結(jié)構(gòu)中，以Ni原子為中心的多面體占主導(dǎo)地位。Ni原子周圍占比例最高的Vomnoi多面體也是類二十

3、面體團(tuán)簇，并且分?jǐn)?shù)最高的幾種多面體所占分?jǐn)?shù)隨成分的變化趨勢(shì)不明顯。Ti原子和Ni原子的擴(kuò)散系數(shù)變化趨勢(shì)基本一致，Ni原子的擴(kuò)散系數(shù)略比Ti原子的高。在Ti75Ni25.Ti67Ni33和Ti40Ni60成分處，Ti原子和Ni原子的擴(kuò)散系數(shù)都很低，并且大小極其接近，說明在這些成分下Ti和Ni原子趨于協(xié)同擴(kuò)散。
　　 對(duì)Ti-Cu二元合金系液態(tài)結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，異類原子之間形成的化學(xué)短程序依然占主導(dǎo)地位。在Cu含量較低的成分中，Ti-

4、Ti和Ti-Cu化學(xué)短程序同時(shí)存在；隨著Cu含量增加，Ti-Cu化學(xué)短程序在液態(tài)結(jié)構(gòu)中逐漸成為主導(dǎo)。Cu-Cu原子之間的結(jié)合力受成分變化的影響很小。Ti原子周圍占比例最高Vomnoi多面體的類型依然是類二十面體團(tuán)簇，同時(shí)變形bcc結(jié)構(gòu)所占分?jǐn)?shù)也很大。Cu原子周圍的Voronoi多面體情況和Ti-Ni合金系中Ni原子周圍的多面體情況極其相似。在Ti-Cu二元合金系的液態(tài)結(jié)構(gòu)中，以Cu原子為中心的多面體占主導(dǎo)地位，同樣類二十面體是占主導(dǎo)的團(tuán)

5、簇。并且類二十面體團(tuán)簇(0281)隨Cu含量的增加有很明顯的升高趨勢(shì)，完整二十面體(00120)隨Cu含量的增加整體上呈下降趨勢(shì)，但在Ti75Cu25和Ti40Cu60兩個(gè)成分，(00120)所占比例最低。在Ti-Cu合金系的液態(tài)結(jié)構(gòu)中，原子的擴(kuò)散情況和Ti-Ni合金系極其相似。在富Cu端，Ti和Cu原子擴(kuò)散系數(shù)極為相近，Ti原子和Cu原子趨于協(xié)同擴(kuò)散。在Ti43Cu57成分處Ti和Cu原子的擴(kuò)散系數(shù)達(dá)到最小。
　　 Ni-Cu

6、合金是完全互溶的固溶體，液態(tài)下的Ni和Cu原子傾向于無(wú)規(guī)分布。Ni和Cu原子周圍的Voronoi多面體都是以類二十面體團(tuán)簇占主導(dǎo)。Ni原子和Cu原子的擴(kuò)散系數(shù)十分接近，且變化趨勢(shì)一致。
　　 在Ti50Ni(50-x)Cux(x=0，10，20，25，30，40和50)合金系的液態(tài)結(jié)構(gòu)中，Ti原子傾向于在Ni和Cu原子周圍聚集。相比Ti-Cu原子之間，Ti-Ni原子之間的結(jié)合力更強(qiáng)。在Ti50Ni10Cu40這個(gè)成分時(shí)，ANcu

7、Ti和NiTi（△Naβ表示β原子在α原子周圍的實(shí)際配位數(shù)比率與名義配位數(shù)比率的差值）很接近，這使得晶體形核困難，更容易形成非晶。因此我們認(rèn)為Ti50Ni10Cu40這個(gè)成分比Ti-Ni-Cu合金體系中的其他成分非晶形成能力要強(qiáng)。在該合金系的液態(tài)結(jié)構(gòu)中，類二十面體團(tuán)簇占主導(dǎo)地位，尤其在富Cu成分中更為明顯，這樣說明了富Cu成分更容易形成大塊非晶。從擴(kuò)散系數(shù)的研究中發(fā)現(xiàn)，Ti和Ni原子傾向于協(xié)同擴(kuò)散，在Ti50Ni10Cu40成分處，三種