过冷CuZr合金熔体动力学性质与非晶形成能力的关系研究

发布时间：2017-08-21 11:11

  本文关键词：过冷CuZr合金熔体动力学性质与非晶形成能力的关系研究

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【摘要】：非晶态转变机理和非晶形成能力的研究一直是非晶领域研究的热点和重点问题，而非晶态转变过程中合金熔体的动力学性质与非晶形成能力有着密不可分的关系。研究发现CuZr合金的非晶形成能力与组成合金的原子百分比息息相关，本文以典型的二元CuZr非晶合金为研究对象，运用分子动力学模拟方法，模拟Cu（100-x）Zrx合金熔体由高温稳定态快速冷却至发生非晶态转变前的过程，计算合金的粘度和扩散系数，研究这些动力学性质随温度变化的规律与合金成分的关系，进而探究与非晶形成能力之间的关系。 通过系统地计算CuZr合金熔体的粘度对温度的依赖关系，我们发现在非晶态转变温度附近，非晶形成能力越强的CuZr合金表现出较显著的动力学的“脆”性，而且在非晶转变过程中，熔体的强脆性出现由“强”到“脆”的转变。这种动力学转变与熔体的过剩熵随温度的变化有关。与其它非晶形成能力较弱的合金成分相比，在接近非晶态转变温度区域，非晶形成能力较强且动力学性质较“脆”的CuZr合金熔体的过剩熵会急剧减小。为了进一步验证脆性熔体熵随温度的变化，我们还计算了与熵的温度变化相关的两个热力学物理量，热膨胀系数和等压比热CP，结果与熵变化规律一致。 本文研究了CuZr合金熔体的自扩散系数随温度的变化规律。根据计算得到的粘度和扩散系数，我们验证了Stokes-Einstein关系。分析表明，Stokes-Einstein关系在接近非晶态转变的低温区域内不再成立，并且在非晶形成能力最强的四个成分处，CuZr合金熔体偏离Stokes-Einstein关系最大，表现出较强的动力学不均匀性，表明非晶态形成能力与动力学不均匀性存在着内在联系。分析了Cu50Zr50合金及其周围成分的合金局域结构，，定性研究了动力学不均匀性与局域结构之间的联系。
【关键词】：动力学性质 非晶形成能力 CuZr合金 分子动力学模拟
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG139.8
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 本论文的研究意义10
• 1.2 非晶态合金与非晶态转变10-12
• 1.2.1 非晶态合金10-11
• 1.2.2 非晶态转变11-12
• 1.3 合金非晶形成能力的研究12-13
• 1.4 CuZr合金非晶形成能力的研究现状13-15
• 1.5 本文的研究内容15-16
• 1.6 本章小结16-17
• 第2章 研究方法17-29
• 2.1 分子动力学模拟简介17-23
• 2.1.1 分子动力学方法18-22
• 2.1.2 势函数22-23
• 2.2 粘度计算方法23-24
• 2.3 扩散系数计算方法24-26
• 2.4 计算分析的其它物理量26-28
• 2.4.1 非晶态转变温度26-27
• 2.4.2 等压比热C_p及热膨胀系数α的计算27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 Cu_(100-x) Zr_x合金粘度特征与非晶形成能力的研究29-41
• 3.1 粘度的强性和脆性29-30
• 3.2 粘度模拟计算30-31
• 3.3 粘度计算结果与分析31-40
• 3.3.1 粘度计算结果31-33
• 3.3.2 粘度拟合结果33-36
• 3.3.3 熵对拟合结果的解释36-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 CuZr 合金熔体的动力学不均匀性及与结构的关系41-53
• 4.1 扩散系数随温度的变化41-43
• 4.2 动力学不均匀性43-47
• 4.2.1 Stokes-Einstein关系与动力学不均匀性概述43-44
• 4.2.2 扩散系数D的VFT拟合44-45
• 4.2.3 检验Stokes-Einstein关系45-46
• 4.2.4 互扩散系数的验证46-47
• 4.3 局域结构分析47-52
• 4.3.1 Voronoi多面体和配位数47-48
• 4.3.2 Voronoi指数和配位数的计算48-50
• 4.3.3 局域动力学分析50-52
• 4.4 本章小结52-53
• 结论53-54
• 参考文献54-60
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单60-61
• 致谢61

【共引文献】

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本文编号：712531