二十面体团簇的遗传:一个与快凝Cu56Zr44合金玻璃形成能力有关的动力学参数

采用分子动力学方法模拟研究了液态Cu₅₆Zr₄₄合金在不同冷速γ与压力P下的快速凝固过程, 并通过基于Honeycutt-Andersen键型指数的扩展团簇类型指数法对其微结构演变特性进行了分析. 结果表明: 快凝玻璃合金的局域原子组态主要是(12 12/1551)规则二十面体、以及 (12 8/1551 2/1541 2/1431)与(12 2/1441 8/1551 2/1661) 缺陷二十面体. 通过原子轨迹的逆向跟踪分析发现: 从过冷液体中遗传下来的二十面体对快凝合金的玻璃形成能力(GFA)具有重要影响, 不仅其可遗传分数F_i =N_{300 K←Tg}ⁱ/N_Tg 与GFA密切相关, 而且其遗传起始温度(T_onset)与合金约化玻璃转变温度T_rg = T_g/T_m也存在很好的对应关系.     

Cu-Zr-Ti系Cu基块体非晶合金的形成和成分优化

利用与团簇相关的变电子浓度判据研究了过渡金属Cu-Zr-Ti系中Cu基块体非晶合金的形成区域和成分特征.据此判据在Cu-Zr-Ti系相图中确定出三条特殊的成分线，(Cu_9／13Zr_4／13)_100-xTi_x，(Cu_0.618Zr_0.382)_100-xTi_x和(Cu_0.56Zr_0.44)关键词： 块体非晶合金 Cu-Zr-Ti合金 原子团簇 电子浓度     

Cu60Zr30Ti10非晶合金弛豫和晶化过程的小角X射线散射研究

应用小角X射线散射技术研究了Cu₆₀Zr₃₀Ti₁₀非晶合金从300到813 K之间微结构的演化情况.发现在淬火状态下Cu₆₀Zr₃₀Ti₁₀非晶合金中存在直径30 nm左右的富Cu区.非晶的结构弛豫包括573 K之前的低温结构弛豫和573 K到玻璃转变温度的高温结构弛豫，弛豫的结果是产生含有有序原子团簇的富Cu区，这些有序原子团簇的富Cu区是随后晶化过程中晶核产生的基础.Porod曲线分析表明，晶化生成的纳米体心立方CuZr相和基体之间有明锐的界面. 关键词： 小角X射线散射 非晶合金 结构弛豫 晶化     

非晶态Cu56Zr44合金的结构及其等温退火晶化过程的研究

利用X射线衍射技术、差示扫描量热分析技术和透射电子显微镜研究了非晶态Cu₅₆Zr₄₄合金的结构及其等温退火条件下的晶化过程.实验结果表明,非晶态Cu₅₆Zr₄₄合金在室温下的短程结构类似于硬球无规密堆积分布.在703K过冷液相区内等温退火时发现,当退火时间为3min时,晶化产物主要为Cu₈Zr₃相;当退火时间为6min时,Cu₈Zr₃关键词： 非晶态 56Zr₄₄合金')" href="#">Cu₅₆Zr₄₄合金 结构 等温退火     

液态Mg7Zn3合金快速凝固过程中微观结构演变机理的模拟研究

采用分子动力学方法对液态Mg₇Zn₃合金的快速凝固过程进行了模拟研究,并采用双体分布函数、Honeycutt-Andersen键型指数法、原子团类型指数法(CTIM)以及遗传跟踪等方法对凝固过程中团簇结构的形成、演变特性进行了分析.结果表明:在以冷速为1×10¹² K ·s^-1的凝固过程中, Zn-Zn原子之间的相互成键的概率明显增加,形成以1551,1541,1431键型为主的非晶态结构.其特征键型1551随温度变化 关键词： 液态MgZn合金 快速凝固过程 微观结构演变 分子动力学模拟     

液态金属Cu快速凝固过程中原子团簇及非晶态结构转变特性的模拟研究

本文采用Quantum Sutton-Chen多体势,对由5万个液态金属Cu原子组成系统的原子团簇的形成与演变特性进行了分子动力学模似研究.我们采用原子团类型指数法(CTIM)来描述复杂的微观结构转变.研究发现:系统形成以1551、1541和1431三种键型为主的非晶态结构;二十面体原子团(12 0 12 0)和(12 2 8 2)、(13 1 10 2)、(13 3 6 4)、(14 1 10 3)、(14 2 8 4)、(14 3 6 5)缺陷多面体基本原子团在液态转变为非晶体过程中起着关键性的作用.系统所形成的纳米团簇是由一些基本团簇和由这些基本团簇相互连接而成的中等团簇所组成,这正是与由气相沉积法和离子溅射法所获得的团簇结构的本质差别所在.通过双体分布函数g(r)、HA键型、基本原子团、平均原子体积和比值g_(min)/g_(max)的分析,还得到液态金属Cu在冷却速率为1.0×10~(14)K/S时的非晶转变温度T_8约为673 K.同时还发现,1551、1441、1661三种键型随温度有相同的变化趋势,这反映出体系对称性结构有相同的变化规律.     

利用Gupta势结合遗传算法研究ConCu55－n(n=0—55)混合团簇的结构演化及基态能量

采用半经验的Gupta多体势结合遗传算法对Co_nCu_55－n(n=0—55)混合团簇的基态结构和能量进行了研究,发现这些混合团簇的基态结构是在Co₅₅,Cu₅₅单质团簇(Mackay二十面体)的基础之上发生的畸变;从n=0(Cu₅₅)开始,Co原子从中心到表面,从棱到顶点依次、连续替换Cu原子;基态结构与键能较大键的数目及其平均键长有关;Co₁₃Cu₄₂具有最稳定的结构,13个Co原子全部位于团簇内部形成Mackay二十面体对整个团簇的稳定性有显著影响. 关键词： 团簇 结构和能量 Gupta势 遗传算法     

非晶态合金Cu_xPd_(1-x)形成过程合金效应及微观结构转变特性的模拟研究(英文)

本文根据量子Sutton-Chen多体势,采用分子动力学方法对含有50000个原子大系统液态二元合金Cu_xPd_(1-x)(CuPd的原子半径比为1.14)在快速凝固过程中的微观结构转变特性进行模拟研究.运用Honeycutt-Andersen(HA)键型指数法和原子成团类型指数法(CTIM)分析了液态和固态的微观结构特性.研究结果发现:在7.73×10~(13)K/S冷却速率下,Cu_xPd_(1-x)合金形成以1551、1541和1431三种键型为主的非晶态结构;系统以1551键型和由1551键型构成的(12 0 12 0)二十面体团族在所有的键型和团簇中占主导地位,并且在液态合金Cu_xPd_(1-x)微观结构转变中起着关键性作用.通过分析键型、团簇和平均原子体积,我们发现液态合金Cu_xPd_(1-x)的玻璃转变温度是573K.同时还发现,原子的平均配位数的变化与1551,1441,1661键型的变化趋势相当接近,这反映出体系对称性结构的变化规律与配位数的变化有关.     

液态Ni原子团簇演变的计算机模拟

采用常温常压分子动力学模拟技术,模拟了液态Ni中原子团簇在快速凝固条件下的演变过程,模型采用TB作用势.采用偶分布函数、键对和多面体等结构参数来描述快速凝固条件下团簇种类和数量的变化,并将团簇结构可视化.在2 000 K下,液态Ni中团簇数量较少,由一定数量的1551、1441及1661键对所形成的缺陷二十面体构成;在快速冷却条件下,团簇的数量随温度的降低不断增加,且出现由12个1551键型所形成的完整二十面体团簇,体系最终形成了由二十面体和缺陷二十面体团簇网络所组成的非晶结构.     

Cu13±团簇几何和电子结构的密度泛函研究

借助遗传算法结合Gupta原子间相互作用势.本文采用密度泛函理论系统研究了带电Cu₁₃^±团簇的基态与低激发态的几何结构和电子结构,并与中性Cu₁₃团簇的结果进行了对比.计算结果表明:对Cu₁₃ⁿ（n=0,±1）团簇,高对称性几何构型在众多异构中无能量竞争性优势,团簇基态结构皆为非紧致低对称性结构,对Cu₁₃找到一种新的低对称性最低能结构;带电明显影响团簇结构稳定性,带电Cu₁₃^±团簇与中性Cu₁₃团簇的结构稳定性序列显著不同;基态Cu₁₃ⁿ（n=0,±1）团簇具有磁矩最小化效应,而其高对称性结构则有较大磁矩;计算所得Cu₁₃团簇电离能及电子亲和势与实验结果相符.     

Heredity of clusters in the rapidly cooling processes of Al-doped Zr_(50)Cu_(50) melts and its correlation with the glass-forming ability

The heredity of clusters in rapidly cooled(Zr_(50)Cu_(50))_(100-x)Al_x melts and its correlation with glass-forming ability(GFA) are studied via molecular dynamics simulations. Pair distribution function and the largest standard cluster(LSC)are adopted to characterize the local atomic structures in the(Zr_(50)Cu_(50))_(100-x)Al_x systems. The [12/555] icosahedra and their medium-range order(IMRO) play an important role in forming(Zr_(50)Cu_(50))_(100-x)Al_x metallic glasses(MGs). The fraction of [12/555], the number of IMRO, and the maximum size of IMRO in MGs increase significantly with increasing x. A tracking study further reveals that the configuration heredity of icosahedral clusters starts from supercooled liquids.No direct correlation exists between the GFA and the onset temperature of continuous or stated heredity. Instead, a larger hereditary supercooled degree of icosahedra matches with better GFA of Al-doped Zr_(50)Cu_(50) alloys.     

Amorphous transformation of ternary Cu45Zr45Ag10 alloy under microgravity condition

The influences of undercooling rate and cooling rate on the microstructural evolution of ternary Cu₄₅Zr₄₅Ag₁₀ alloy using single-roller melt spinning and drop tube are investigated. The rapidly quenched alloy ribbons achieve a homogeneous glass structure. The microstructure of the droplets transforms from the Cu₁₀Zr₇ dendrites plus (Cu₁₀Zr₇+AgZr) eutectic into Cu₁₀Zr₇ dendrite with the decrease of droplet diameter. As the diameter decreases to 180 μm, the Cu₄₅Zr₄₅Ag₁₀ alloy changes from crystal to amorphous structure, showing that the cooling rate is not the only influence factor and the undercooling play a certain role in the forming of the amorphous alloy at the same time under microgravity condition.     

稳态Cu-Zr二十面体团簇电子结构的密度泛函研究

采用第一原理对以Cu为心的低能稳态Cu_nZ_(r13-n)(n=6,7,8,9)二十面体团簇的电子结构进行计算,结果表明:同一化学组分下,以Cu为心的Cu-Zr二十面体团簇中出现的同类原子聚集现象可以增强团簇的稳定性,降低费米能级(EF)上的电子数N(EF),这为低能稳态团簇拥有较小的N(EF)提供了深层次的理论解释.进一步的差分电子密度与Mulliken布居分析得知,Cu-Zr二十面体中共价键与离子键共存,成键态与反键态共存,且团簇在形成时壳层Zr与中心Cu原子是电子的提供者,壳层Cu是电子的获得者.该电荷转移方向是金属玻璃中以Cu为心的Cu-Zr二十面体团簇普遍遵循的规律,不随团簇的化学序参数及化学组分的变化而变化.计算的红外振动谱为实验上准确表征不同二十面体原子团提供了一种新的思路.     

Anomalous temperature dependence of magnetization in single-crystal Fe65Ni35 alloy

Magnetization (0–10 Oe) and magnetic relaxation measurements were carried out in the temperature range between 4.2 and 300 K for three picture-frame samples of Fe₆₅Ni₃₅ alloy whose edges were parallel to 100, 110 and 111, respectively. The typical temperature T_g and the magnetic field H_g which correspond to the anomalous temperature in the χ-T curve and inflection field in the σ-H curve, respectively are summarized and H-T_g and H_g-T diagrams are obtained. A strong magnetic relaxation is observed along the H_g-T line. The dependence of H_g on the crystallographic direction and on the temperature are discussed by the thermal activation process of the 180° domain wall which is pinned strongly by the antiferromagnetic clusters below T_g. The anomaly of magnetization of Fe₆₅Ni₃₅ alloy can be interpreted by the macroscopic picture of the coexistence of ferromagnetic and antiferromagnetic-like regions which may be caused by a statistical fluctuation of alloy composition.     

Anomalous temperature dependence of magnetization in polycrystalline Fe65Ni35 alloy

Magnetization at 0.3 and 140 Hz (0–10 Oe) and magnetic relaxation measurements were carried out in detail in the temperature range between 4.2 and 300 K for a polycrystalline Fe₆₅Ni₃₅ alloy. The typical temperature T_g and the magnetic field H_g which correspond to the anomalous temperature in χ-T curves and inflection field in σ-H curves, respectively, are summarized and a H-T diagram is obtained. A strong magnetic relaxation is observed along the H_g-T line. The temperature dependence of H_g is discussed by the thermal activation of 180° domain wall which is pinned strongly by the antiferromagnetic-like clusters below T_g. It is find that H _g is a linear function of T .     

Molecular dynamics simulation of polyhedron analysis of Cu–Ag alloy under rapid quenching conditions

In this study, the formation mechanism of polyhedron clusters in Cu₅₀Ag₅₀ binary alloy system consisting of 50 000 atoms has been investigated by using molecular dynamics simulations based on embedded atom method (EAM) during the rapid cooling processes. The cluster-type index method (CTIM) has been used to describe the evaluation properties of clusters and the structural development has been investigated by using radial distribution function (RDF). The simulation results show that the amorphous phase is formed by the main bonded pairs of 1551, 1541 and 1431 in the system, and ideal icosahedral (icos) cluster (12 0 12 0) and other basic polyhedron clusters, such as defective icos, Frank–Kasper, Bernal polyhedron, play a critical role under the rapid cooling conditions. The results of our simulations that have been disclosed show that high cooling rate favors the icos and defective icos clusters for model alloy system.     

粉末状态对激光立体成形Zr55Cu30Al10Ni5块体非晶合金晶化行为的影响

基于金属熔体结构的遗传性, 激光熔池的快速熔凝导致粉末的晶化状态可能会对最终成形件的晶化产生重要影响, 理清其影响规律对于制备大块非晶合金具有重要意义. 本文选取等离子旋转电极法所制粉末和1000 K退火态粉末为沉积材料, 采用激光立体成形技术沉积Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅块体非晶合金, 考察了粉末中已有晶化相对熔池及热影响区晶化行为的影响. 结果发现, 原始粉末组织由非晶相及粗大的Al₅Ni₃Zr₂相组成; 当激光线能量较低时, 相应熔覆层的熔池和热影响区皆含有Al₅Ni₃Zr₂相; 随着线能量的提高, 熔池中Al₅Ni₃Zr₂相消失, 保持了非晶态, 但热影响区晶化加重, 并有大量Al₅Ni₃Zr₂相析出; 当采用退火态粉末时, 即使线能量较小, 相应熔覆层仍主要由非晶构成, 几乎无Al₅Ni₃Zr₂相析出. 这是由于原始粉末在退火时其微观结构发生重排, 与Al₅Ni₃Zr₂相关的原子短程/中程有序结构减少, 导致已沉积层非晶区的热稳定性提高, 不利于Al₅Ni₃Zr₂相析出. 可见, 提高线能量将会加剧非晶沉积体的晶化, 而粉末中的Al₅Ni₃Zr₂团簇相状态对Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅合金沉积层的晶化有重要影响.