Cu-Zr和Cu-Ag合金熔體結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)表征及非晶動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究.pdf

1、本文采用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法，運(yùn)用修正的鑲嵌原子勢(shì)(MEAM)，研究了易混溶的Cu-Zr和難混溶的Cu-Ag合金熔體的結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)特征的差異并探討了兩種體系非晶的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。以上研究對(duì)于認(rèn)識(shí)金屬玻璃的本質(zhì)、玻璃轉(zhuǎn)變機(jī)制以及變形機(jī)制具有重要意義。
　　對(duì)于Cu-Zr合金熔體，當(dāng)溫度低于1200K，MSD曲線上出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)，并且隨著溫度的降低，平臺(tái)逐漸明顯。而對(duì)于Cu-Ag體系，平臺(tái)出現(xiàn)的時(shí)間較短，甚至可以忽略。對(duì)擴(kuò)散系數(shù)研究發(fā)現(xiàn)C

2、u-Zr體系的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Cu-Ag體系。非相干散射因子F。(q，t)的計(jì)算結(jié)果與MSD曲線呈現(xiàn)相同的趨勢(shì)，說(shuō)明Cu-Zr體系比Cu-Ag體系具有更明顯的β弛豫現(xiàn)象。根據(jù)MCT理論對(duì)擴(kuò)散系數(shù)和弛豫時(shí)間進(jìn)行了擬合，發(fā)現(xiàn)由兩者擬合得到的臨界溫度Tc值差別不大，說(shuō)明擴(kuò)散系數(shù)與弛豫時(shí)間之間的相關(guān)性。
　　對(duì)兩個(gè)體系的結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)Cu-Zr體系中<00120>、<0281>和<0280>等正二十面體和五次對(duì)稱性強(qiáng)的類二十面體的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)

3、高于Cu-Ag體系，并且這些團(tuán)簇?cái)?shù)量隨著溫度的降低逐漸增加;Cu-Ag體系中的多面體主要是<0363>、<0364>和<0282>等一些非二十面體團(tuán)簇和類晶型團(tuán)簇。二十面體和類二十面體團(tuán)簇易形成骨架阻礙原子運(yùn)動(dòng)，原子運(yùn)動(dòng)減慢，原子擴(kuò)散系數(shù)降低，弛豫時(shí)間增加，從而導(dǎo)致Cu-Zr體系的擴(kuò)散能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Cu-Ag體系，非晶形成能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Cu-Ag體系。兩種體系在過(guò)冷條件下弛豫時(shí)間與五次對(duì)稱符合關(guān)系τα=τ0expM/(1-W)σ，擴(kuò)散系數(shù)與

4、五次對(duì)稱符合關(guān)系D=A*（T*W）B，揭示了微觀結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)的內(nèi)在聯(lián)系。
　　對(duì)兩者非晶動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的研究，發(fā)現(xiàn)Cu-Zr和Cu-Ag兩種體系的β弛豫都是以過(guò)剩尾的形式在損耗模量曲線體現(xiàn)出來(lái)的，但是Cu-Ag體系在α弛豫峰左側(cè)部分高于Cu-Zr體系，這表明Cu-Ag體系的β弛豫比Cu-Zr體系更容易激活，這是由于Cu-Zr非晶的二十面體團(tuán)簇的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Cu-Ag非晶。研究了機(jī)械應(yīng)變對(duì)兩種體系動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)升高溫度和增大

5、振幅對(duì)兩種體系來(lái)說(shuō)對(duì)應(yīng)的弛豫過(guò)程是很相似的，說(shuō)明機(jī)械應(yīng)變和溫度對(duì)體系的弛豫動(dòng)力學(xué)起到相似的作用，機(jī)械應(yīng)變對(duì)弛豫動(dòng)力學(xué)的影響具有普遍性。
　　同時(shí)研究了α弛豫與結(jié)構(gòu)不均勻性的相互關(guān)系，發(fā)現(xiàn)對(duì)于Cu-Zr體系，在α弛豫峰峰值溫度，原子最可能的位移距離與平均最近鄰原子間距的比值（up/rp）接近一個(gè)常數(shù)，約為23％，而對(duì)于Cu-Ag體系，up/rp的數(shù)值約為21％。說(shuō)明α弛豫通常發(fā)生在原子移動(dòng)距離是平均原子間距的約為21％-23％處，這