Ni-Co合金快淬过程的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟熔体旋淬技术的合金快淬过程,在不同的冷却速度下研究Ni-Co合金在快淬后的结构特征.模拟发现:Ni-Co二元合金的凝固过程对冷却速率的变化较为敏感,体系对形成非晶对冷却速率要求较高,约在80 K/ps以上,可以采用增加添加元素的方法来降低材料对冷却速率的要求;在75 K/ps的冷却速率下合金最终完全晶...     

基于成分连续变化计算黏度的合金系临界冷速模型

在大块非晶临界冷却速率的非等温转变计算模型基础上提出了基于成分连续变化计算黏度的合金系临界冷速模型. 依据此模型对Zr-Ni-Al-Cu四元合金的临界冷却速率进行了计算并预测了Zr_66.67(Ni_{xAlyCuz)33.33合金系中容易形成非晶的成分范围. 计算值与实验值符合得较好. 计算结果表明，此合金系具有很强的非晶形成能力，特别是在靠近共晶点的中心区域，临界冷却速率小于100 K/s，为容易形成非晶的成分范围. 冷却过程中，在高于1000K温度区间，没有发生明显的结晶现象，而在980 K至870 K温度范围内，结晶分数快速增大，低于870 K时不再发生明显改变. 此外，分析了合金系中Al，Cu，Ni原子摩尔分数的变化对临界冷速的影响. 关键词： 大块非晶 黏度 临界冷却速率 非晶形成能力}     

基于剪切模量和热分析数据研究Zr_(50–x)Cu_(34)Ag_8Al_8Pd_x(x=0,2)非晶合金缺陷浓度演化

非晶合金具有独特物理和力学性能,如何建立非晶合金微观结构非均匀性与物理/力学性能之间的关联是非晶固体的重要研究课题之一.微合金化是调控非晶合金微观结构有效手段之一.本研究以玻璃形成能力优异的Zr_(50–x)Cu_(34)Ag_8Al_8Pd_x(x=0, 2)非晶合金为模型合金,借助差示扫描量热仪和电磁声转换设备,研究非晶合金铸态、弛豫态和结晶态热流和剪切模量随温度的演化规律,以及物理时效(低于玻璃转变温度)过程剪切模量的变化随时间演化规律.基于自间隙原子理论,利用热流曲线表征非晶合金在相同热历史剪切模量热效应.通过分析铸态和弛豫态自间隙缺陷浓度和激活能谱,发现结构弛豫导致自间隙缺陷浓度减小,诱导剪切模量随温度演化偏离软化过程,并伴随体系放热.与此同时,研究发现添加微量Pd元素可抑制模型合金体系原子迁移,增加特征弛豫时间.本研究从非晶合金模量热效应角度进一步理解非晶合金微观结构非均匀性.     

大块非晶临界冷却速率的非等温转变计算模型

在非等温转变理论以及非稳态形核理论基础上提出了计算大块非晶合金连续冷却转变曲线和 临界冷却速率的新模型,以用于评估合金的非晶形成能力. 依据此模型对Zr基和Pd基8种合金 进行了计算，计算结果与实验值符合较好. 计算结果表明，影响临界冷却速率的主要因素为 黏度、临界形核功和临界结晶分数. 随着黏度增大，临界冷却速率降低；随临界形核功增大 ，临界冷却速率急剧降低；随临界结晶分数增大，临界冷却速率起初降低较快，达到一定程 度后下降速率趋于缓慢. 关键词： 临界冷却速率 非晶形成能力 大块非晶 连续冷却转变曲线     

非晶Ti3Al合金的变形晶化机理的原子模拟

利用分子动力学方法研究了非晶Ti₃Al合金拉伸过程中的晶化行为，模拟结果表明局部塑性变形导致非晶合金晶化.从微观结构演化的角度分析了拉伸过程中的晶化机理，局部剪切导致拉伸过程中晶粒发生成核与合并，最终生成的晶粒具有面心立方结构.晶核的生长过程伴随着应力强化现象，非晶相中的纳米晶粒能提高非晶合金材料的强度. 关键词： 非晶合金 变形晶化 分子动力学     

基于分数阶微分流变模型的非晶合金黏弹性行为及流变本构参数研究

近年来, 基于非晶合金名义弹性区的流变力学行为探索其结构及形变机理是非晶合金领域研究的热点之一. 本文根据非晶合金结构不均匀性的特征, 提出能够比拟树状分形网络结构的分数阶微分流变模型研究非晶合金的黏弹性行为. 通过室温纳米压痕实验, 对三种不同泊松比和玻璃化转变温度的非晶合金的黏弹性变形行为进行了研究. 实验结果表明: 在表观弹性区, 非晶合金的变形表现出与加载速率相关的线性黏弹性性质. 根据Riemann-Liouville分数阶微积分定义, 分别由分数阶微分及整数阶Kelvin模型对实验结果进行了分析. 分析结果表明, 相对于整数阶流变模型, 分数阶微分流变模型能更精细地表征材料的黏弹性变形特征; 在流变模型参数中, 黏性系数η_A和分数阶次α反映出材料的流变特性和流动趋势, 流变参数与玻璃转变温度、泊松比之间具有较好的相关性, 上述相关性有助于从微观结构角度理解材料塑性与泊松比的关联.     

不同力学激励形式探索La基非晶合金微观结构非均匀性

非晶合金力学行为与其微观结构非均匀性之间本征关联,是固体力学研究领域至今未能很好解决的重要科学问题之一.单一力学激励形式并不能有效地描述非晶合金微观结构非均匀性,特别是结构与动力学的关联.如何探索非晶合金结构信息,须将诸多因素综合,在不同力学激励下研究非晶合金微观结构非均匀性与变形机理.本研究以La₆₂Cu₁₂Ni₁₂Al₁₄非晶合金为模型体系,利用动态力学分析仪研究非晶合金动态弛豫行为.基于准点缺陷模型,对模型合金体系α弛豫和β弛豫进行了分离.借助于拉伸应变率跳实验,探索非晶合金高温流变行为.确定非晶合金塑性流变过程中弹性、滞弹性以及塑性变形的贡献.本研究从非晶合金动态力学弛豫行为和宏观塑性流变行为出发,尝试揭示微观非均匀性对非晶合金在不同激励形式中缺陷的激活、扩展和融合的物理本质.     

锆基非晶合金的动态弛豫和应力松弛

非晶合金动态弛豫、变形和微观结构非均匀性之间的关联是非晶态物理领域重要研究内容之一.本文选取玻璃形成能力优良,热稳定性好的Zr₄₈(Cu_5/6Ag_1/6)₄₄Al₈块体非晶合金作为研究载体,借助于动态力学分析及应力松弛实验探究了温度和结构弛豫对非晶合金动态弛豫和变形行为的影响.研究结果表明非晶合金动态弛豫行为对温度极其敏感,随温度升高表现为等构型、老化、玻璃转变和晶化4个阶段.基于玻璃转变温度之下等温测试,结构弛豫行为导致非平衡高能量状态非晶合金向低能量状态迁移,内耗随时间演化规律可用Kohlrausch-Williams-Watts (KWW)扩展指数方程描述.此外,基于KWW方程和激活能谱等方法分析了模型合金应力松弛过程中非均匀结构激活,该过程涉及弹性变形向非弹性变形的转变.由于非晶合金存在微观尺度的结构非均匀性与能量起伏,变形单元的激活并非为单一特征时间,而是服从一定分布.通过考虑对数时间尺度和变形单元激活的特征时间分布分别为对称Gauss分布和非对称Gumbel分布,可...     

Cu50Ni50合金快速凝固的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法研究了Cu₅₀Ni₅₀合金在不同冷却速度下的凝固过程,利用均方位移、径向分布函数和结构可视化等方法分析其微观结构.并对凝固模型进行拉伸模拟,通过应力应变曲线和直观结构变化分析其性能.研究表明：冷却速度对Cu₅₀Ni₅₀合金凝固形成的结构有较大影响,随着冷却速度的升高,凝固形成的结构中晶体含量减少,在较低的冷却速度下,如冷却1×10¹²K/s时,Cu₅₀Ni₅₀合金凝固形成晶体结构;在较高的冷却速度下,如1×10¹⁴K/s时,Cu₅₀Ni₅₀合金凝固形成非晶体结构,且非晶Cu₅₀Ni₅₀合金的抗拉性能要优于晶体Cu₅₀Ni₅₀合金.     

磁感应强度和冷却速率对Tb_(0.27)Dy_(0.73)Fe_(1.95)合金凝固过程中取向行为的影响

实验研究了磁感应强度和冷却速率对Tb_(0.27)Dy_(0.73)Fe_(1.95)合金凝固过程中(Tb,Dy)Fe_2相取向行为及合金磁性能的影响.结果表明,将强磁场作用于Tb_(0.27)Dy_(0.73)Fe_(1.95)合金的凝固过程可以制备出(Tb,Dy)Fe_2相沿111取向的组织,同时显著提高了合金的磁致伸缩性能;通过提高磁感应强度可以在更快的冷却速率下得到111取向的组织;在4-10 T范围内,随着冷却速率的增加,(Tb,Dy)Fe_2相沿111取向所需的磁感应强度增加,而发生(110)取向的磁感应强度减小.随着冷却速率的增加,合金的饱和磁化强度增加,而强磁场的施加对合金饱和磁化强度的变化没有明显影响.(Tb,Dy)Fe_2相的取向行为受*Tb,Dy)Fe_3相取向行为的影响,且由磁晶各向异性能与磁场作用时间共同控制.     

非晶Ti3Al合金的变形晶化机理的原子模拟

利用分子动力学方法研究了非晶Ti3Al合金拉伸过程中的晶化行为,模拟结果表明局部塑性变形导致非晶合金晶化.从微观结构演化的角度分析了拉伸过程中的晶化机理,局部剪切导致拉伸过程中晶粒发生成核与合并,最终生成的晶粒具有面心立方结构.晶核的生长过程伴随着应力强化现象,非晶相中的纳米晶粒能提高非晶合金材料的强度.     

Ti75Al25合金微观结构演变的分子动力学模拟

本文利用分子动力学模拟方法, 研究了液态Ti75Al25合金在不同冷却条件下形成晶体及非晶的过程(Q1:1.0×1013 Ks-1, Q2: 1.0×1011 Ks-1). 利用平均原子体积、双体分布函数、键角分布函数、键对分析和Voronoi多面体方法研究了微观局域结构随温度的变化关系. 研究发现：在Q1冷却过程中,液态Ti75Al25合金在1000 K发生玻璃化转变,形成非晶结构; 而在Q2冷却过程中,液态Ti75Al25合金发生结晶,并最终形成hcp晶体结构。     

小角X射线散射表征非晶合金纳米尺度结构非均匀

表征纳米尺度结构非均匀对于理解非晶合金的变形、弛豫等动力学行为至关重要.受时空尺度限制,非晶合金纳米尺度结构非均匀的实验表征具有很大的挑战性.本文针对一种典型的锆基非晶合金,开展了同步辐射小角X射线散射原位拉伸实验.通过对散射曲线的定量分析,揭示了非晶合金在纳米尺度的非均匀结构图像.首先,Porod散射曲线呈现正偏离行为,表明非晶合金属于非理想两相散射体系,两相界面弥散且任一相内都存在电子密度涨落.基于散射曲线的Guinier定律分析,进一步揭示非晶合金中散射体形状远偏离球形,其特征尺度主要分布在0.8—1.6 nm之间,且在弹性变形阶段几乎不变.最后,通过Debye相关函数分析,发现这些纳米尺度散射体仅在1 nm之内存在强关联,符合非晶合金短程有序、长程无序的结构特征.研究结果表明非晶合金中存在具有复杂空间分布的纳米尺度非均匀结构.     

纳米超微晶Fe_(73.5)Cu_lMo_3Si_(13.5)B_9合金显微结构和磁性的研究

对纳米晶Fe_(73.5)Cu_1Mo_3Si_(13.5)B_9合金的原始制备态和各退火态样品进行了室温Mossbauer谱研究,结果表明晶化态的合金存在α-Fe(Si)微晶相和晶界的非晶相。晶相和非晶相内场和面积随退火温度的变化是退火时Cu,Mo,B等成分的扩散和在各相中的再分配引起的。最佳磁性能对应非晶相中的铁量占合金铁总量的30％左右,超微晶合金的双相无规各向异性模型表明,一定量的非晶相对保持纳米晶优异的软磁性能是必要的。Fe_2B相的出现使合金的性能变坏。     

块体非晶合金的韧塑化

块体非晶合金因其独特的原子结构而具有许多优异的力学性能,成为近年来材料领域的研究热点之一,但是由于其在变形过程中的室温脆性和应变软化等关键问题一直制约着其实际工程应用.为解决此问题,块体非晶合金领域的研究者们提出了多种方案,包括通过在非晶合金中调控其内禀特性如弹性常数、结构不均匀性,通过外加手段改变其应力及缺陷状态,通过外加和内生的方法在非晶基体中引入晶态增强相等方式,获得了一系列力学性能优异的块体非晶合金及其复合材料.特别是利用"相变诱导塑性"(transformation-induced plasticity,TRIP)概念研制出的块体非晶合金复合材料,同时具有大的拉伸塑性和加工硬化能力.本文围绕块体非晶合金的韧塑化这个关键科学问题,对单相非晶及非晶复合材料的韧塑化方案及机理进行了综述,着重介绍了TRIP韧塑化块体非晶合金复合材料的制备、性能、组织调控及韧塑化机理等,并对此领域的未来发展进行了展望.     

离子注入法制备非晶态合金

一、前 言 非晶态金属具有特异的结构[1]和性能[2],当前已引起材料科学技术工作者的广泛兴趣.非晶态金属的形成和稳定性的研究是凝聚态物理学的一个重要方面.至今制备非晶金属的方法有气相沉积法(冷却速率1015K/sec),液态急冷法(冷却速率10～6-10～9K/sec)和激光上釉法(冷却速率 109K/sec).这些方法的一个共同特点是将特定成分的气相或液相的金属合金急速的冷却,使原气相或液相物质的杂乱无章的原子排列还未来得及有序化成晶体状态之前就凝成固相,从而呈现为非晶态. 随着物理学的进展,最近的试验研究表明,用离子注入的方法也可以制成非晶…     

Ti75Al25合金微观结构演变的分子动力学模拟

本文利用分子动力学模拟方法,研究了液态Ti₇₅Al₂₅合金在不同冷却条件下形成晶体及非晶的过程(Q1:1.0×10¹³K Ks^-1,Q2:1.0×10¹¹Ks^-1).利用平均原子体积、双体分布函数、键角分布函数、键对分析和Voronoi多面体方法研究了微观局域结构随温度的变化关系.研究发现:在Q1冷却过程中,液态Ti₇₅A1₂₅合金在1000 K发生玻璃化转变,形成非晶结构;而在Q2冷却过程中,液态Ti₇₅Al₂₅合金发生结晶,并最终形成hcp晶体结构.     

通过AC-HVAF方法制备铁基非晶合金涂层的结构分析

本研究通过活性燃烧高速燃气喷涂(AC-HVAF)方法制备出了均匀致密的铁基非晶化合金涂层.通过调制AC-HVAF喷涂过程的工艺参数,研究了喷涂枪长、喷涂距离和送粉率对涂层非晶化程度的影响,得出控制枪长是形成高质量非晶化涂层的关键,而喷涂距离和送粉率决定了涂层的厚度和形成速率.制备出的铁基非晶合金与基体结合致密,孔隙率较低,完全的非晶化结构有效的保持了铁基非晶合金优异的力学性能,可以对基体材料进行很好的防护.     

Zr基大块非晶中添加元素对非晶形成能力及耐蚀性的影响

运用实空间递归方法研究了添加元素Nb,Ta,Y,La对Zr基非晶合金的非晶形成能力和耐腐蚀性能的影响.用计算机编程构造了Zr基非晶中初始晶化相Zr₂Ni的原子结构模型,用Zr₂Ni中的二十面体原子团簇模拟非晶中的二十面体团簇.计算了替代二十面体中心或顶角位置原子前后Ni,Zr及合金元素的局域态密度、团簇中心Ni与近邻Zr原子及Ni与替代元素Nb,Ta,Y,La间的键级积分,还计算了合金元素替代前后团簇的费米能级.局域态密度计算结果表明：合金元素Cu占据二十面体团 关键词： 电子结构 Zr基大块非晶 非晶形成能力 耐蚀性     

Cu_(45)Zr_(55-x)Al_x(x=3,7,12)块体非晶合金的第一性原理分子动力学模拟研究

利用第一性原理分子动力学模拟对Cu45Zr55-xAlx(x=3,7,12)块体非晶合金熔体在快速冷却为玻璃态过程中原子结构的演变进行了系统的研究.结果显示,以Al为中心的二十面体是合金熔体在液—固转变过程中最稳定的原子团簇结构,可视为该合金系中的基本结构单元;以Al为中心的稳定团簇的数量和在空间中的组成形式决定了该合金微观结构的非均匀性和原子扩散能力的大小,这也是影响合金宏观力学性能和玻璃形成能力的关键因素.