本文以Co_(65-x)B_(35)Ta_x(at.%,x=0,5,8,11)和Co_(92-x)Ta_8B_x(at.%,x=30,32.5,35,37.5)非晶合金作為研究對(duì)象,采用第一性原理分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法對(duì)合金的原子尺度結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)研究,重點(diǎn)分析合金成分、原子尺度結(jié)構(gòu)及合金韌性之間的關(guān)系,揭示成分調(diào)整增韌合金的內(nèi)在機(jī)理。根據(jù)模擬結(jié)果可知,Co-B基非晶合金以1551、1541和1431鍵對(duì)為主要鍵對(duì)結(jié)構(gòu)。在Co-B基非晶合金體系中,Co為中心原子的多面體團(tuán)簇以配位數(shù)為13和14的居多;B為中心原子的多面體團(tuán)簇以配位數(shù)為9和10的居多;而Ta為中心原子的多面體團(tuán)簇以配位數(shù)為14、15和16的居多。在這些多面體團(tuán)簇中,形變棱柱結(jié)構(gòu)(B為中心原子的0 3 6 0團(tuán)簇)和形變二十面體(Co為中心原子的0 1 10 2團(tuán)簇)占主導(dǎo)地位。團(tuán)簇的最近鄰相關(guān)指數(shù)分析結(jié)果表明,以B為中心原子的0 3 6 0和0 2 8 0團(tuán)簇在空間中均表現(xiàn)出非關(guān)聯(lián)性;而以Co為中心原子的0 1 10 2、0 3 6 4和0 2 8 4團(tuán)簇的空間相關(guān)性隨合金成分的變化,其周圍環(huán)境的變化而發(fā)生變化。在Co_(65)B_(35)合金中加入適量Ta元素(Co_(60)B_(35)Ta_5合金),共價(jià)性的Co-B鍵減少,離子性的B-Ta鍵和Co-Ta鍵增加,即Ta元素替代合金中的Co元素弱化了團(tuán)簇內(nèi)金屬與類金屬間的結(jié)合力,降低團(tuán)簇的穩(wěn)定性和剪切抗力,提高合金的韌性。此外,Co_(60)B_(35)Ta_5合金中大多數(shù)類型團(tuán)簇間均相互排斥,團(tuán)簇在空間中通過(guò)配位原子相連接構(gòu)成結(jié)構(gòu)較疏松的中程序結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)具有更低的構(gòu)型轉(zhuǎn)換障礙,因而更易發(fā)生剪切變形,合金韌性提高。通常而言,當(dāng)非晶合金的泊松比高于0.32-0.33時(shí),將更容易顯示出一定的韌性。Ta元素的添加能顯著提高Co-B基非晶合金的泊松比,使其值達(dá)到0.32以上,這對(duì)于改善Co-B基非晶合金的韌性具有積極的意義,該結(jié)果與先前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。隨Ta含量增加,共價(jià)性的B-B鍵含量增加;并且,B與B間形成共價(jià)鍵合時(shí),剩下沒(méi)被占據(jù)的2p軌道將接受Ta轉(zhuǎn)移的電子,導(dǎo)致B-B鍵合強(qiáng)度增加,促使以B為中心原子的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定;與此同時(shí),除以B為中心原子的0 3 6 0和0 2 8 0團(tuán)簇在空間中表現(xiàn)出非關(guān)聯(lián)性外,其余團(tuán)簇之間均表現(xiàn)出較好的關(guān)聯(lián)性,團(tuán)簇間通過(guò)中心原子連接進(jìn)而在空間中形成更為穩(wěn)定的中程序結(jié)構(gòu),合金強(qiáng)度增加,韌性降低。在Co_(92-x)Ta_8B_x(at.%,x=30,32.5,35,37.5)非晶合金中,隨B含量的增加,合金中共價(jià)性的Co-B和B-B鍵以及離子性的B-Ta鍵的含量增加,而金屬性的Co-Co鍵的含量降低,合金強(qiáng)度增加。在Co_(62)Ta_8B_(30)合金中,含量較高的5種團(tuán)簇(以B為中心原子的0 3 6 0、0 2 8 0以及以Co為中心原子的0 1 10 2、0 3 6 4和0 2 8 4團(tuán)簇)均表現(xiàn)為自身非相關(guān)性,即在該合金中,同類型團(tuán)簇間相互排斥,團(tuán)簇在空間中均勻分布。相應(yīng)地,團(tuán)簇間通過(guò)配位原子相連接在空間中形成結(jié)構(gòu)較疏松的中程序結(jié)構(gòu),這將降低團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,從而提高合金的韌性。明顯的,適量B元素的添加(30 at.%)能將合金的泊松比提高到0.33以上,這也說(shuō)明Co_(62)Ta_8B_(30)合金具有最好的韌性,這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。上述研究分析表明,Co-B基非晶合金的力學(xué)性能是合金中原子鍵合和團(tuán)簇空間分布共同作用的結(jié)果,通過(guò)適當(dāng)調(diào)整合金成分能改變合金的原子結(jié)構(gòu),并在一定程度上改善合金的韌性。本文關(guān)于利用計(jì)算模擬的手段進(jìn)行合金成分、原子結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能之間關(guān)系的研究對(duì)新型非晶合金成分設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有科學(xué)的指導(dǎo)和借鑒意義。
【學(xué)位單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG139.8
【部分圖文】：

1 緒論切斷裂模式的非晶合金（如 Zr、Cu、Au 和 Pd 基非晶合金）斷解理強(qiáng)度 0低（即 = 0/ 0值低），合金容易發(fā)生剪切變形形，試樣最終沿主剪切帶方向斷裂成兩段，斷口表面多呈脈合金通常具有一定的宏觀塑性。呈劈裂斷裂模式的非晶合金 基非晶合金） 值高，抗剪切強(qiáng)度 0相對(duì)較高，合金難以以剪，而是以快速解理的方式劈裂成若干個(gè)碎片，碎片表面往往性斷口形貌，這類合金的塑性通常很小、甚至為零。其中，大晶合金壓縮過(guò)程中幾乎觀察不到宏觀剪切塑性變形，其斷裂至呈現(xiàn)出極端的碎斷模式，即在壓縮載荷作用下試樣劈裂成粉末（如圖 1.1 所示）。由此可知，超高強(qiáng) Co B 基塊體非晶性問(wèn)題，這也成為限制其作為結(jié)構(gòu)材料使用的主要因素。

1 緒論基體上剪切帶的快速擴(kuò)展，并促使其增殖；表面處理則是通入缺陷等方法控制剪切帶的擴(kuò)展和繁殖（如在表面引入的缺快速擴(kuò)展，促使剪切帶的繁殖，并在缺陷間形成多級(jí)剪切帶區(qū)塊體非晶合金的抗剪切強(qiáng)度 0較高，難以發(fā)生剪切變形，因此提高合金自身的剪切變形能力是改善其韌性的有效手段。Wa明[11,19]，調(diào)整 Ta 和 B 元素的含量可以改善 Co B Ta 非晶合金促進(jìn)剪切帶的萌生和繁殖，提高壓縮塑性；同時(shí)，還能改變使合金的斷裂從以碎斷為主的混合斷裂模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐约羟袛嗄Ｊ剑ㄈ鐖D 1.2 和圖 1.3[19]所示）。Dun 等[20]采用相同的方法優(yōu)達(dá)到 5%的 Co B Nb 塊體非晶合金。盡管如此，這些超高強(qiáng)的韌性仍遠(yuǎn)低于 Pd 基、Pt 基、Zr 基和 Cu 基等塊體非晶合金

1 緒論 和 Ni B）非晶合金的結(jié)構(gòu)，他們發(fā)現(xiàn)構(gòu)與之前觀察到的許多非晶合金的原x 和 Frost[30]通過(guò)研究 Pd Si、Fe P 和 合金中八面體和三角棱柱兩種結(jié)構(gòu)對(duì)續(xù)無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)模型并不具有普適性。

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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本文編號(hào)：2818827