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象,采用第一性原理分子動力學模擬的方法對合金的原子尺度結(jié)構(gòu)進行詳細研究,重點分析合金成分、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鍵對為主要鍵對結(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簇以配位數(shù)為13和14的居多;B為中心原子的多面體團簇以配位數(shù)為9和10的居多;而Ta為中心原子的多面體團簇以配位數(shù)為14、15和16的居多。在這些多面體團簇中,形變棱柱結(jié)構(gòu)(B為中心原子的0 3 6 0團簇)和形變二十面體(Co為中心原子的0 1 10 2團簇)占主導地位。團簇的最近鄰相關(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元素弱化了團簇內(nèi)金屬與類金屬間的結(jié)合力,降低團簇的穩(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)類型團簇間均相互排斥,團簇在空間中通過配位原子相連接構(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,當非晶合金的泊松比高于0.32-0.33時,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,使其值達到0.32以上,這對于改善Co-B基非晶合金的韌性具有積極的意義,該結(jié)果與先前的實驗結(jié)果相一致。隨Ta含量增加,共價性的B-B鍵含量增加;并且,B與B間形成共價鍵合時,剩下沒被占據(jù)的2p軌道將接受Ta轉(zhuǎn)移的電子,導致B-B鍵合強度增加,促使以B為中心原子的團簇結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定;與此同時,除以B為中心原子的0 3 6 0和0 2 8 0團簇在空間中表現(xiàn)出非關(guān)聯(lián)性外,其余團簇之間均表現(xiàn)出較好的關(guān)聯(lián)性,團簇間通過中心原子連接進而在空間中形成更為穩(wěn)定的中程序結(jié)構(gòu),合金強度增加,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,合金強度增加。在Co_(62)Ta_8B_(30)合金中,含量較高的5種團簇(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團簇)均表現(xiàn)為自身非相關(guān)性,即在該合金中,同類型團簇間相互排斥,團簇在空間中均勻分布。相應地,團簇間通過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,這也說明Co_(62)Ta_8B_(30)合金具有最好的韌性,這與實驗結(jié)果一致。上述研究分析表明,Co-B基非晶合金的力學性能是合金中原子鍵合和團簇空間分布共同作用的結(jié)果,通過適當調(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)于利用計算模擬的手段進行合金成分、原子結(jié)構(gòu)和力學性能之間關(guān)系的研究對新型非晶合金成分設計和開發(fā)具有科學的指導和借鑒意義。
【學位單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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，抗剪切強度 0相對較高，合金難以以剪，而是以快速解理的方式劈裂成若干個碎片，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 Co B 基塊體非晶性問題，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展和繁殖（如在表面引入的缺快速擴展，促使剪切帶的繁殖，并在缺陷間形成多級剪切帶區(qū)塊體非晶合金的抗剪切強度 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 非晶合金促進剪切帶的萌生和繁殖，提高壓縮塑性；同時，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)達到 5%的 Co B Nb 塊體非晶合金。盡管如此，這些超高強的韌性仍遠低于 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)對續(xù)無規(guī)網(wǎng)絡模型并不具有普適性。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 M.Z.Li;;Correlation Between Local Atomic Symmetry and Mechanical Properties in Metallic Glasses[J];Journal of Materials Science & Technology;2014年06期

2 胡壯麒;張海峰;;塊狀非晶合金及其復合材料研究進展[J];金屬學報;2010年11期

3 張哲峰;伍復發(fā);范吉堂;張輝;;非晶合金材料的變形與斷裂[J];中國科學(G輯:物理學 力學 天文學);2008年04期

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 吳臣;Zr基和Fe基非晶合金液/固態(tài)微觀結(jié)構(gòu)理論研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

相關(guān)碩士學位論文 前3條

1 吳迪;鎳基非晶合金的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的第一性原理模擬計算[D];新疆大學;2017年

2 高廷紅;液態(tài)Ca-Mg合金凝固過程中團簇結(jié)構(gòu)模擬研究[D];貴州大學;2009年

3 余大啟;過冷液體結(jié)構(gòu)及其晶體成核過程的分子動力學研究[D];清華大學;2006年

本文編號：2818827