基于分子动力学的CuZr非晶合金成形与连接研究

发布时间：2018-11-05 07:59

【摘要】：非晶合金具有优异的力学、电磁学和化学性能,是一种极具应用前景的金属材料。然而这种优异特性也造成了其较差的加工性能。非晶合金坚硬耐磨,传统的切削加工无法适用于非晶合金,而热加工工艺又面临着晶化风险。为了更好地利用非晶合金优异性能,掌握非晶合金加工方法,将非晶合金成形和连接工艺相结合,制备形状复杂、精度高的非晶合金零件是十分必要的。本学位论文采用分子动力学模拟上述两种工艺,并对加工过程中非晶合金内部结构演变、原子迁移规律以及材料内部能量传递进行深入分析,尝试通过动力学和热力学理论来探讨非晶合金加工工艺机理,为非晶合金的加工和应用提供理论支撑。主要研究内容包括:(1)非晶合金制备过程研究。将熔融合金猝冷制备得到Cu46Zr54非晶合金,分析了非晶合金内部原子排列情况,探究了其短程有序和中程有序结构,结果表明制备得到的样品处于稳定非晶态。进一步从原子层面揭示了玻璃转变过程中非晶合金内部结构的演变,探讨了降温速率对材料状态以及玻璃转化过程的影响,为研究非晶合金加工性能打下了坚实基础。(2)非晶合金热塑性成形加工过程研究。采用分子动力学从原子层面研究了非晶合金热塑性变形和充型行为,揭示了非晶合金与模具边界的粘附作用、流变机理、毛细力以及非晶合金特殊内部结构对热塑性成形过程造成的影响,建立了充型过程理论模型,提出一种针对非晶合金热塑性成形加工工艺的厚度选择准则,为热塑性成形加工工艺参数优化提供了理论指导。同时,研究揭示了热塑性成形过程中非晶合金微观结构演变行为机制,提出一种可行的改善非晶合金塑性方法,通过挤压流变改变非晶合金内部原子排列,实现了材料塑性的提升。(3)非晶合金和晶体铝扩散连接过程研究。研究了非晶相和晶相互扩散过程,从原子层面揭示了扩散连接过程中原子的运动行为,提取了扩散连接过程中各元素浓度及各相之间界面迁移速度,发现扩散区域中部出现了异常的新相,而且互扩散过程呈现出明显非对称性。由于扩散连接过程的这种非均匀和非对称性,传统扩散系数计算方法已不适用,为此提出了改进的位移均方差函数法和玻耳兹曼-俣野法,有效计算出扩散过程中各元素禀性扩散系数和互扩散系数。结合扩散区域材料模量和玻璃转化温度数据,揭示了异常新相和非对称扩散成因。进一步研究了扩散偶中非晶相内二十面体短程有序结构和晶态相内面心立方结构分布情况,首次发现扩散过程中原子运动行为会促使晶体材料连续相变:从晶态转变成非晶态,再在扩散区域中部进入过冷液态。这种过冷液体可以在焊接界面流动并适应粗糙表面,最终避免了连接头中出现空洞。该现象对加强焊接头质量、缩短焊接时间减小热影响有着重要意义。(4)扩散连接过程中非晶化过程研究。研究了非晶合金和晶体铝之间界面演变及扩散偶的结晶度,发现界面迁移是晶体铝非晶化过程的具体表现,而非晶化过程还呈现出明显各向异性,与接触晶面剪切模量直接相关,表明剪切模量是影响非晶合金和铝扩散界面迁移速度的重要参数。进一步研究扩散过程中原子的迁移和交换行为,提出一种材料非晶化转变过程中的原子交换模式,揭示了非晶化过程中铜原子和锆原子的相互作用以及它们之间的协作机制,结合非晶化反应界面处晶面内杂质原子的数量及其扩散跳跃距离,从原子层面完整地描述了扩散偶中的非晶化过程:原子渗透、原子跳跃以及晶面坍塌。本学位论文从微观视角研究了非晶合金成形和连接过程中出现的独特现象,并使用动力学和热力学理论对其进行了深入讨论和分析,为改善非晶合金加工性能提供了重要指导。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG139.8

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张小英,张藏淑,廖丽红,张伟光;测定非晶合金带中氢含量[J];冶金分析;2001年06期

2 晓敏;生产非晶合金丝的新工艺[J];金属功能材料;2001年03期

3 黄智,白海洋,景秀年,王志新,王万录;非晶合金中的低温电阻率极小行为研究[J];物理学报;2004年10期

4 王晓军;陈学定;夏天东;康凯;彭彪林;;非晶合金应用现状[J];材料导报;2006年10期

5 汪卫华;;非晶合金塑性研究的新进展[J];自然杂志;2006年06期

6 李雷鸣;徐锦锋;;大体积非晶合金的制备技术[J];铸造技术;2007年10期

7 ;第4届全国非晶合金及其复合材料学术会议召开[J];科学通报;2007年23期

8 张哲峰;伍复发;范吉堂;张辉;;非晶合金材料的变形与断裂[J];中国科学(G辑:物理学 力学 天文学);2008年04期

9 伍复发;张哲峰;;非晶合金的变形与断裂行为[J];中国基础科学;2008年04期

10 侯轶轩;;浅谈非晶合金材料的变形与断裂[J];科协论坛(下半月);2009年05期

相关会议论文 前10条

1 孙兵兵;王艳波;文军;杨海;隋曼龄;;电镜样品制备方法对非晶合金结构的影响[A];2006年全国电子显微学会议论文集[C];2006年

2 孙笠;崔振江;宋启洪;王景唐;;用于多相催化的非晶合金催化剂[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年

3 陈艳;蒋敏强;魏宇杰;戴兰宏;;基于原子结构及相互作用势的非晶合金断裂准则[A];第十二届全国物理力学学术会议论文摘要集[C];2012年

4 肖勋;张春华;;硅钢与非晶合金使用情况的比较以及材料的改善建议[A];2010第11届中国电工钢专业学术年会论文集[C];2010年

5 房卫萍;杨凯珍;张宇鹏;刘凤美;刘正林;刘师田;易江龙;许磊;;低碳经济下的非晶合金发展与应用[A];低碳技术与材料产业发展研讨会论文集[C];2010年

6 沈宁福;张国胜;王西科;杨占胜;;大比表面积非晶合金催化材料的研究[A];2000年材料科学与工程新进展（下）——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年

7 卢志超;李德仁;周少雄;;非晶合金丝的制备及巨磁阻抗效应的应用[A];2000年材料科学与工程新进展（下）——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年

8 邢力谦;;非晶合金的应用及进一步研究[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年

9 郭文全;王景唐;;描述非晶合金粘度与其熔体粘度关系的公式[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年

10 冯翔;杨玉英;江道祥;;非晶合金材料行业产业化发展初探[A];2011年安徽省科协年会——机械工程分年会论文集[C];2011年

相关重要报纸文章 前10条

1 谢斌　王琳;非晶合金产品前景看好[N];中国电力报;2007年

2 谢斌　王琳;顺特电气：推广非晶合金产品[N];中国电力报;2007年

3 本报记者 倪e，

本文编号：2311413