發(fā)布時(shí)間：2018-02-27 20:09

  本文關(guān)鍵詞： Al基金屬玻璃 玻璃形成能力 熱穩(wěn)定性 局域原子結(jié)構(gòu) 二十面體團(tuán)簇　出處：《浙江大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：金屬玻璃(Metallic glasses, MGs)是非晶態(tài)材料大家庭的新成員,具有長(zhǎng)程無(wú)序而短程有序的原子排列,呈現(xiàn)出許多相對(duì)于傳統(tǒng)晶態(tài)金屬材料更加優(yōu)異的性能。其中Al基金屬玻璃由于密度低強(qiáng)度高等特性,一直是新材料研究的熱點(diǎn)之一。然而其較低的玻璃形成能力(Glass forming ability, GFA)以致目前僅能得到較小的臨界尺寸是制約Al基金屬玻璃工業(yè)應(yīng)用的主要因素。因此,本論文主要針對(duì)Al基金屬玻璃的玻璃形成能力和局域原子結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面開(kāi)展研究,取得了以下研究成果：(1)在Al基合金中,通過(guò)Y元素與La元素的相互替換以及Co元素對(duì)Ni元素的替換,研究了相似元素的添加對(duì)玻璃形成能力的影響。此外,通過(guò)Ca元素的添加,研究Al86-xNi7Y4.5Co1La1.5Cax (x= 0-5 at.%)金屬玻璃的熱穩(wěn)定性和玻璃形成能力的變化。結(jié)果表明Al89Y11比Al91.5La8.5具有更強(qiáng)的玻璃形成能力。隨著Y/La配比的改變,發(fā)現(xiàn)二元Al91.5La8.5合金中部分La元素被Y元素替換后玻璃形成能力顯著提升,而通過(guò)La元素對(duì)Al89Y11中Y元素的部分替換,其對(duì)玻璃形成能力的影響十分有限。通過(guò)Co元素對(duì)(Al90Y6.6La3.4)92Ni8成分中Ni元素的部分替換,結(jié)果表明Co元素的添加并不能提升其玻璃形成能力；由于Ca原子與Al原子之間存在著較大的原子半徑尺寸差和較大負(fù)的混合熱,所以Ca元素的添加能夠有效抑制fcc-Al晶體相的析出,較大提升A186-XNi7Y4.5CoLa1.5Cax金屬玻璃的熱穩(wěn)定性和玻璃形成能力。(2)通過(guò)對(duì)Al89Y11、Al90Y6.5La3.5和Al82.8Y6.07Ni8La3.13三種成分的金屬玻璃進(jìn)行示差掃描熱分析,高能X射線衍射和X射線吸收譜等實(shí)驗(yàn),并結(jié)合從頭算分子動(dòng)力學(xué)模擬與反蒙特卡洛模擬系統(tǒng)研究了這三種鋁基金屬玻璃中的局域原子結(jié)構(gòu)特征,并對(duì)原子結(jié)構(gòu)與玻璃形成能力之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了探討。結(jié)果表明Al89Y11、Al90Y6.5La3.5和Al82.8Y6.07Ni8La3.13金屬玻璃中占主導(dǎo)作用的近鄰原子對(duì)為X-Al(X=Al、Y、La或Ni)配對(duì)。二元Al89Y11中存在著一定的Y-Y原子對(duì),隨著La的添加在三元Al90Y6.5La3.5中少量La原子分布在了Y的周圍形成了La-Y配對(duì)；四元Al82.8Y6.07Ni8La3.13中至少有1個(gè)Ni原子分布在Y或La的近鄰周圍從而形成少量的Ni-Y和Ni-La的配對(duì)；La元素的添加雖然提升了體系局域原子的混亂度或無(wú)序度,同時(shí)以La為中心的高配位原子團(tuán)簇的存在導(dǎo)致了有利于非晶形成的二十面體或類二十面體團(tuán)簇的減少,因此總體上看La的加入對(duì)Al-Y體系GFA的影響十分有限。四元成分的Al82.8Y6.07Ni8La3.13金屬玻璃中,Ni原子與Al、Y和La原子之間都存在著一定的近鄰配位關(guān)系,從而大大增加了局域原子的無(wú)序度。此外,四元體系中形成了以Ni為中心的類二十面體原子團(tuán)簇,從而相比三元Al90Y6.5La3.5金屬玻璃,Ni的存在提高了原子團(tuán)簇之間的聯(lián)結(jié)性和緊密度,抑制了晶體相的析出,從而能夠提高玻璃形成能力。
[Abstract]:Metallic glasses (MGs) is a new member of the amorphous material family with long range disordered and short range ordered atomic arrays. The Al-base metallic glass is characterized by its low density and high strength. However, its low glass-forming ability and its ability to obtain only small critical size are the main factors restricting the industrial application of Al-based metallic glass. In this thesis, the glass-forming ability and local atomic structure of Al-base metallic glasses were studied. The following results were obtained: 1) in Al-base alloys. The influence of the addition of similar elements on glass forming ability was studied by the substitution of Y element and La element and the substitution of Co element to Ni element. The thermal stability and glass-forming ability of Al86-xNi7Y4.5Co1La1.5Cax glass were studied. The results showed that Al89Y11 had stronger glass-forming ability than Al91.5La8.5. It was found that the glass-forming ability of partial La element in binary Al91.5La8.5 alloy was significantly improved after the substitution of Y element, but the partial substitution of Y element in Al89Y11 was achieved by La element. The effect of Co on glass-forming ability is very limited. Through the partial substitution of Ni in Al90Y6.6La3.4Ni8 by Co element, the results show that the addition of Co element can not improve the glass-forming ability of Al90Y6.6La3.4Ni8. Due to the large atomic radius difference and negative mixing heat between Ca atom and Al atom, the addition of Ca can effectively inhibit the precipitation of fcc-Al crystal phase. The thermal stability and glass-forming ability of the metal glass A186-XNi7Y4.5CoLa1.5Cax were greatly improved. The thermal stability and glass-forming ability of the metallic glass were studied by differential scanning calorimetry (DSC), high energy X-ray diffraction (HXXRD) and X-ray absorption spectroscopy (XRD). Using ab initio molecular dynamics simulation and anti-Monte Carlo simulation system, the local atomic structure characteristics of the three aluminum-based metallic glasses were studied. The relationship between atomic structure and glass-forming ability is also discussed. The results show that the nearest neighbor pairs in Al89Y11Al90Y6.5La3.5 and Al82.8Y6.07Ni8La3.13 metallic glass are X-AlXX Alyyni-La or Ni) pairs. There are some Y-Y pairs in binary Al89Y11. With the addition of La, a small amount of La atoms distribute around Y in ternary Al90Y6.5La3.5 to form La-Y pairing. At least one Ni atom in the quaternary Al82.8Y6.07Ni8La3.13 is distributed around the nearest neighbors of Y or La to form a small amount of Ni-Y and Ni-La pairing La elements, although the degree of confusion or disorder of the local atoms in the system is increased. At the same time, the existence of high coordination atom clusters centered on La leads to the decrease of 20 hedrons or 20 hedrons which are favorable to the formation of amorphous crystals. Therefore, the effect of La addition on the GFA of Al-Y system is very limited. There is a close neighbor coordination relationship between Ni atom and Alniy and La atoms in Al82.8Y6.07Ni8La3.13 metallic glass with quaternary composition. Therefore, the disorder degree of local atoms is greatly increased. In addition, a kind of 20 hedron atom cluster centered on Ni is formed in the quaternary system. Compared with the existence of Ni in ternary Al90Y6.5La3.5 metallic glass, the connectivity and compactness of the clusters are improved. The precipitation of crystal phase was inhibited and the glass forming ability was improved.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG139.8

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本文編號(hào)：1544137