铝基块体金属玻璃结构模型及其玻璃形成能力的研究

发布时间：2021-08-17 21:00

　　Al基非晶合金由于其独特的力学性能及潜在的应用前景,自上世纪八十年代以来一直受到广泛关注。然而,Al基合金的非晶形成能力较低,其本征结构具有特殊性且玻璃形成规律不符合常用玻璃形成能力判据,导致研究进展缓慢并限制了实际应用。因此,如何进行有效的合金成分设计以进一步提高Al基合金的玻璃形成能力,成为目前亟待解决的关键问题,也是非晶研究领域的一块“硬骨头”。本论文的主要研究目的是揭示Al基非晶合金本征结构特性,基于对现有非晶结构模型和金属玻璃的中程有序结构模拟研究的理解,结合化学因素（化学势均衡原理）,从原子结构和电子结构角度建立Al基非晶态合金结构模型,探索具有强玻璃形成能力的合金成分,进而研发具有强玻璃形成能力的Al基非晶态合金。主要结论如下：（1）基于拓扑作用（有效密堆）和团簇的化学作用（化学势均衡原理）,提出了EAPCC （Efficient Atomic Packing-Chemistry Coupled Model）模型。该模型核心思想是：对于一个给定的Al-TM（过渡族金属元素）.RE（稀土金属元素）体系,其玻璃形成能力（GFA）最强的合金成分式为（AlN-RE）TMx, Al... 

【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２两种不同类型巧晶体系中液固转变时ｒ〇线示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?７〇?ｃｕｒｖｅｓ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｌｉｑｕｉｄ?ｔｏ??

一原子的平均密度，??金属玻璃的ＲＤＦ具有独特的特征，由于金属玻璃存在原子的短程有序Ｗ及确定的最??近邻和次近邻配位层，因此在ＲＤＦ图中出现清晰可见的第一峰与第二峰（如图１．４所示）。??另一方面，由于金属玻璃不存在长程有序，一般情况下，ＲＤＦ图中第Ｈ近邻及Ｗ后的近??邻中几乎没有可分辨的峰。??Ｊ?ｙｊ！韩ｉｉ編?＊??禮；．??图１．４揭示径向分布函数含义的二维示意图?ｈ?Ｉ；??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃａｌ?ｄｒａｗｉｎｇ?ｏｆ?化ｅ?ＲＤＦ．??２００６年，马恩研巧组将同步福射技术与第一原理分子动力学模拟相结合，提出并验??证了一些低溶质浓度的二元金属玻璃的结构，利用Ｖｏｒｏｎｏｉ多面体描述了金属玻璃中存??在的短程有序和中程有序（Ｍｅｄｉｕｍ民ａｎｇｅ?Ｏｒｄｅｒ，?ＭＲ０）结构１心１结果表明，随着溶质??浓度的不同，金属玻璃中存在着Ｈ种不同的原子团簇：单溶质原子为中也的原子团簇、??双溶质原子为中屯、的原子团簇及复杂的链式结构。这些己发现的ＳＲＯ不仅在化学上??降低整体结构的能量，在拓扑学上也兼有结构密堆的特征（具体的堆煤形式取决于溶质??与溶剂原子的尺寸比）。同时，Ｗ最近邻原子构成的团簇作为基本单元堆煤形成中程有??序结构

自金属玻璃被发现Ｗ来，人们对其原子结构就发生了浓厚的兴趣。Ｉ９６０年，Ｂｅｍａｌ??提出了一种硬球无序密堆（Ｄｅｎｓｅ?Ｒａｎｄｏｍ?Ｐａｃｋｉｎｇ?ｏｆ?Ｈａｒｄ?Ｓｐｈｅｒｅｓ）的液体结构模型Ｕ２３１，??如图１．５所示。原子被看成理想的球体且不发生变形，这些球体之间要么紧密接触，要??么相距一段很小的距离。从整体上看，原子Ｗ无序的方式密排填充空间。该模型能够??很好地解释单原子体系的金属玻璃的结构，但不能解释存在短程有序的二元金属玻璃的??原子结构。在二元金属玻璃中，两种元素在原子尺寸和原子类型等方面存在差异，导致??了原子团簇（Ｏｕｓｔｅｒｓ）的存在，即溶质原子周围围绕着溶剂原子，该结构使得金属玻璃??中存在短程有序。??图１．５部分无序密堆的硬球的示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．５?Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｏｒｔｉｏｎ?ｏｆ?ｒａｎｄｏｍ?ｃｌｏｓｅ?ｐａｃｋｅｄ?ｂａｌｌｓ．??１．３．?２．?２?Ｇａｓｋｅｌ?Ｉ的结构模型??Ｇａｓｋｅｌｌ提出了一种模型来解释过渡金属－类金属（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ?Ｍｅｔａｌ－Ｍｅｔａｌｌｏｉｄ）二元??金属玻璃的原子结构如图１．６所示。该模型认为：金属玻璃中最近邻原子的排列与??同成分的晶体合金的原子结构类似，但在最近邻的原子壳层之外，金属玻璃表现出无序??的原子堆积方式。该模型可１＾解释金属玻璃的短程有序现象，但缺乏实验证据。此外，??对于一些金属玻璃的结构特性，如原子在最近邻壳层之外的排列方式，多组元（Ｈ元及??其上）金属玻璃的原子结构等


本文编号：3348487