纳米晶/非晶复合材料变形机制模拟研究
发布时间：2022-01-26 16:40
非晶合金在加载条件下往往展现出局域剪切变形从而引起脆性破坏,这在一定程度上限制了其应用。为了解决这一问题,设计非晶复合材料是实现非晶合金强韧化的有效途径之一。本文采用分子动力学模拟方法,设计CuZr体系纳米晶/非晶复合材料（Nanocrystal-Metallic Glass Composites,NCMGCs）,通过调整B2 CuZr纳米晶的晶向、分布和尺寸,研究非晶复合材料的力学性能和变形机理。从提升非晶复合材料塑性的角度出发,设计了含有不同晶体缺陷的NCMGCs,探讨了缺陷对非晶复合材料变形行为的影响。通过以上研究揭示复合材料中非晶基体和B2 CuZr纳米晶的变形机制,对于优化非晶复合材料的性能,拓展其应用范围具有重要意义。论文具体的研究内容和结构概括如下:（1）研究了 B2 CuZr纳米晶的存在是如何影响非晶中剪切转变区（Shear Transition Zones,STZs）和剪切带的形成、扩展。模拟结果表明非晶基体以及纳米晶和非晶界面（Amorphous-Crystalline Interfaces,ACIs）作为“软”相成为STZs的成核点,诱发不成熟的剪切带,随着应力增...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?（ａ）?ＣｕＺｔ？非晶合金和（ｂ）?ＣｕＺｒ晶体原子的结构对比图—??
?山东大学硕士学位论文???Ｕｈｌｍａｎｎ［２２］等人以非晶形成的动力学理论为前提，提出了非晶合金的形成判??据。非晶合金的制备方法也是在探索中被不断完善，首先得到认可的是快速??凝固技术，Ｄｕｗｅｚ用快速凝固方法得到了大约２０叫１厚的Ａｌｌ－Ｓｉ非晶合金［２３１，??并将这一具有历史意义的结果发表在Ｎａｔｕｒｅ上。几乎同时，前苏联的??Ｍｉｒｏｓｈｎｉｃｈｅｎｋｏ和Ｓａｌｌｉ提出了喷溅冷却技术来制备非晶合金，促使合金快速??凝固技术的产生，这是非晶合金制备工艺上的重大突破。１９７３年，双辊急??冷乳制法％和单滚筒离心急冷法—的提出，使得非晶合金可以低成本的大量??生产。目前具有优异软磁性的铁基非晶合金作为变压器铁心的原材料在电力??转换领域得到广泛应用??应用广泛的快速凝固技术所获得的非晶合金通常是薄条带或者细丝状，??在实际工程应用中受限。非晶合金尺寸问题的解决方法是通过不断优化制备??工艺制造块体非晶合金［２８－３４］。Ａ．?Ｉｎｏｕｅ［３５．］和Ｗ．?Ｌ．?Ｊｏｈｎｓｏｎ［３６］以多组元合金（三??元系或者四元系）混合的方法，结合金属模浇筑法制备出了毫米级的非晶棒??材块体非晶合金的制备对非晶合金体系的发展有重要推动作用，通过??成分设计方法开发出了?Ｃｕ基，Ｚｒ基，Ｆｅ基，Ｔｉ基，Ｎｉ基，Ｃｏ基，Ａｕ基??等体系另外ＣｕＺｒ二元体系Ｗ１、非晶合金微纳米纤维体系也包含在??内。??图１－２非晶合金压印的中科院物理所所徽??非晶合金在过冷液相中具有典型的玻璃特性，易于加工。２００５年中科??２??
?山东大学硕士学位论文???小球模拟非晶合金的密排规律，发现其中存在面心立方或密排六方结构的稳??定团簇『７１］。ＮｉＢ非晶合金中的中程序示意图以及计算机模拟构建的典型的非??晶合金三维原子结构示意图（如图１－３所示）［７２］。中程序［７３】在非晶合金和液体??中广泛存在，虽然无法清晰解释是如何堆砌和排列形成非晶长程无序结构??的，但是也推动了人们对非晶结构的认识。下面重点介绍非晶中的几个主要??结构模型。??由于衍射实验无法得到非晶合金相应的结构信息，目前计算机技术与材??料研究的结合催生了模型化和计算机模拟方法，可以对非晶结构从微观尺度??上进行分析。分子动力学和第一性原理是目前发展较为成熟计算机模拟方??法，利用构造的非晶结构考察原子排布，计算径向分布函数。虽然目前没有??一个模型可以适用于所有非晶态材料，但是计算机模拟方法给出的理想化模??型可以帮助人们更好地认识非晶结构，了解非晶合金。??（ａ）?Ａｆｔ?—??ｍｍ??图１－３?（ａ）?ＮｉＢ非晶合金中的中程序示意图Ｉ＇采用计算机模拟方法构建的（ｂ）?ＣｕＺｒ?（ｃ）??ＣｉｉＺｒＡ丨非晶合金的三维原子结构示意图Ｉ％??（１）无规密堆模型??硬球无规密堆模型将硬球看做原子％７５１，非晶态结构（如图１－４?（ｂ）所示）??可以认为是致密堆积、无序排列的硬球堆积集合。模型的密度达到最大值，??通过计算机模拟得到径向分布函数对比真实非晶合金，结果基本吻合。无规??密堆模型可以看做主要由具有五次对称性的四面体组成［７５］。另外，无规密堆??模型适用于三维空间，四面体作为结构单元，密堆密度上限０．６３６６。无序密??堆结构通常用Ｖｏｒｏｎｏｉ多面体进行分
【参考文献】：
期刊论文
[1]非晶态物质的本质和特性[J]. 汪卫华. 物理学进展. 2013(05)
[2]块体金属玻璃[J]. 张博,Jan Schroers. 物理. 2013(02)
[3]Atomistic simulation of tension deformation behavior in magnesium single crystal[J]. Dirk STEGLICH. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2010(05)
[4]新软磁材料和新磁心结构在电子变压器中的应用[J]. 徐泽玮. 金属功能材料. 2005(01)
博士论文
[1]非晶/晶体纳米复合结构力学耦合强韧化机制的研究[D]. 栾英伟.上海交通大学 2017
本文编号：3610826
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?（ａ）?ＣｕＺｔ？非晶合金和（ｂ）?ＣｕＺｒ晶体原子的结构对比图—??
?山东大学硕士学位论文???Ｕｈｌｍａｎｎ［２２］等人以非晶形成的动力学理论为前提，提出了非晶合金的形成判??据。非晶合金的制备方法也是在探索中被不断完善，首先得到认可的是快速??凝固技术，Ｄｕｗｅｚ用快速凝固方法得到了大约２０叫１厚的Ａｌｌ－Ｓｉ非晶合金［２３１，??并将这一具有历史意义的结果发表在Ｎａｔｕｒｅ上。几乎同时，前苏联的??Ｍｉｒｏｓｈｎｉｃｈｅｎｋｏ和Ｓａｌｌｉ提出了喷溅冷却技术来制备非晶合金，促使合金快速??凝固技术的产生，这是非晶合金制备工艺上的重大突破。１９７３年，双辊急??冷乳制法％和单滚筒离心急冷法—的提出，使得非晶合金可以低成本的大量??生产。目前具有优异软磁性的铁基非晶合金作为变压器铁心的原材料在电力??转换领域得到广泛应用??应用广泛的快速凝固技术所获得的非晶合金通常是薄条带或者细丝状，??在实际工程应用中受限。非晶合金尺寸问题的解决方法是通过不断优化制备??工艺制造块体非晶合金［２８－３４］。Ａ．?Ｉｎｏｕｅ［３５．］和Ｗ．?Ｌ．?Ｊｏｈｎｓｏｎ［３６］以多组元合金（三??元系或者四元系）混合的方法，结合金属模浇筑法制备出了毫米级的非晶棒??材块体非晶合金的制备对非晶合金体系的发展有重要推动作用，通过??成分设计方法开发出了?Ｃｕ基，Ｚｒ基，Ｆｅ基，Ｔｉ基，Ｎｉ基，Ｃｏ基，Ａｕ基??等体系另外ＣｕＺｒ二元体系Ｗ１、非晶合金微纳米纤维体系也包含在??内。??图１－２非晶合金压印的中科院物理所所徽??非晶合金在过冷液相中具有典型的玻璃特性，易于加工。２００５年中科??２??
?山东大学硕士学位论文???小球模拟非晶合金的密排规律，发现其中存在面心立方或密排六方结构的稳??定团簇『７１］。ＮｉＢ非晶合金中的中程序示意图以及计算机模拟构建的典型的非??晶合金三维原子结构示意图（如图１－３所示）［７２］。中程序［７３】在非晶合金和液体??中广泛存在，虽然无法清晰解释是如何堆砌和排列形成非晶长程无序结构??的，但是也推动了人们对非晶结构的认识。下面重点介绍非晶中的几个主要??结构模型。??由于衍射实验无法得到非晶合金相应的结构信息，目前计算机技术与材??料研究的结合催生了模型化和计算机模拟方法，可以对非晶结构从微观尺度??上进行分析。分子动力学和第一性原理是目前发展较为成熟计算机模拟方??法，利用构造的非晶结构考察原子排布，计算径向分布函数。虽然目前没有??一个模型可以适用于所有非晶态材料，但是计算机模拟方法给出的理想化模??型可以帮助人们更好地认识非晶结构，了解非晶合金。??（ａ）?Ａｆｔ?—??ｍｍ??图１－３?（ａ）?ＮｉＢ非晶合金中的中程序示意图Ｉ＇采用计算机模拟方法构建的（ｂ）?ＣｕＺｒ?（ｃ）??ＣｉｉＺｒＡ丨非晶合金的三维原子结构示意图Ｉ％??（１）无规密堆模型??硬球无规密堆模型将硬球看做原子％７５１，非晶态结构（如图１－４?（ｂ）所示）??可以认为是致密堆积、无序排列的硬球堆积集合。模型的密度达到最大值，??通过计算机模拟得到径向分布函数对比真实非晶合金，结果基本吻合。无规??密堆模型可以看做主要由具有五次对称性的四面体组成［７５］。另外，无规密堆??模型适用于三维空间，四面体作为结构单元，密堆密度上限０．６３６６。无序密??堆结构通常用Ｖｏｒｏｎｏｉ多面体进行分
【参考文献】：
期刊论文
[1]非晶态物质的本质和特性[J]. 汪卫华. 物理学进展. 2013(05)
[2]块体金属玻璃[J]. 张博,Jan Schroers. 物理. 2013(02)
[3]Atomistic simulation of tension deformation behavior in magnesium single crystal[J]. Dirk STEGLICH. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2010(05)
[4]新软磁材料和新磁心结构在电子变压器中的应用[J]. 徐泽玮. 金属功能材料. 2005(01)
博士论文
[1]非晶/晶体纳米复合结构力学耦合强韧化机制的研究[D]. 栾英伟.上海交通大学 2017
本文编号：3610826
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