不同吸铸电压对Zr63Cu17.5Al7.5Ni10Fe2非晶形成能力和力学性能的影响
Al等合金元素对Zr基非晶合金形成能力影响
能力 的影 响 ， 利用 （ ）（ ） ３ 式计算 了合金 ［ｌ ｏｅ Ａ Ｓａ ｉｚｔ ｎ ｏ ｍｅａ ｉ ｓｐｒ １ 、 和（ ） ２ １ ｎｕ ． ｔｈｌａｉ ｆ ｌ ｉ ｏ ｔｌ ｕ ｅ— ｌｃ 元素 取代 ３ Ｚ 位置 后 ， ｒ ｕ晶体相 以 ｃ ｒ Ｚｚ Ｃ ｕ为 ｃｏｅ ｌ ｕｄ ａ ｄ ｕｋ ｍｏｐ ｏｓ ａｌｙ 【】． ｏｌｄ ｉ ｉ ｎ ｂ ｌ ｑ ａ ｒｈ ｕ ｌ ｓ Ｊ ｏ ｕ ＥＪ． ） ｄ Ｅ 回 中心 团簇 中 ｃ ｔ ｔ ｒ ０１ ８ ２ ， ７ —３ ６． ｕ与近邻 ｚ 或 Ａ 等合金元素 ） Ａｅ ａ Ｍａ ｅ ， ０ ４ ：２ ９ ０ ｒ（ ｌ 见 ） ｆ１ ２王清， 羌建兵， 王英敏等．ｃ ～ ｒＴ 系 Ｃ ｕ ｚ＿ ｉ ｕ基 块 原子问 的键 级积分 （ＯＩ ， 以定量 地捕 述 的 键 级 积 分情 况 （ 表 １ 。 Ｂ ）它可 Ｔ
法计 算 了 Ｚｒ ｚ Ｃｕ晶体 相 中 ｃ ｕ与近 邻 合 金 元 素 Ａ 、 １Ｎｂ等 的键 级 积 分 ， 研 究 舍 金 元 素 对 Ｚ 基 非 晶 合 金 形成 能 力影 响 。 来 ｒ
关 键 词 ：ｚｒ基 非 晶合 金 ； 晶 形 成 能 力 ； 级 积 分 非 键
１概 述
块体金属玻璃是近些年来研制出的新型亚稳 材料具有高的强度 、 硬度、 耐磨性、 耐腐蚀 等独特 的性能已广泛应用于国防、 通信等领域’ 是当今材料 领域研究的热点之— 现在 ＾ 们正致力于形成大块 非晶态金属的研究，ｒ ｚ 基和 Ｐ ｄ基等少数体系的非 晶 截 面 已 经 能 做 出 几 十 毫 米 量 级 （ｄ ０ ｕ０ ｌＰ ０ 非 晶 合 金 直 径 达 ７ ｍ Ｐ４ｃ ３Ｍ Ｏ２ ２ ｍ，
Ｚ５ Ａ １ＮｉＣ ３ 晶合 金在 吸铸 条 件下 临界尺 ｒ５ Ｉ０ ５ ｕ０非
Zr-Al-Ni-Cu系非晶合金微观结构及晶化行为的分子动力学模拟
Zr-Al-Ni-Cu系非晶合金微观结构及晶化行为的分子动力学模拟摘要非晶合金因其卓越的力学性能、高强度和良好的韧性而备受关注。
在这些合金中，Zr-Al-Ni-Cu合金具有很好的应用潜力。
为了深度了解Zr-Al-Ni-Cu合金的微观结构和晶化行为，本探究基于分子动力学方法进行了模拟。
1. 引言非晶合金是一类具有无序非晶态结构的合金，其在固态状态下具有高强度、良好的韧性和优异的耐腐蚀性能。
在近几十年的探究中，非晶合金已经广泛应用于磁性材料、电子器件和结构材料等领域。
2. 探究方法本探究使用分子动力学方法对Zr-Al-Ni-Cu合金的微观结构和晶化行为进行模拟。
起首，通过选择合适的势能模型，定义合金原子间互相作用。
然后，依据所选势能模型和初始条件，进行时间演化的模拟计算。
3. 模拟结果与分析通过模拟，我们探究了不同组成比例的Zr-Al-Ni-Cu合金的微观结构和晶化行为。
结果表明，在合适的组成范围内，Zr-Al-Ni-Cu合金可以形成非晶态结构。
同时，我们还观察到非晶合金在加热过程中会发生晶化现象。
通过分析晶化过程中的原子扩散和晶格结构的演化，我们发现晶化过程往往伴随着原子的扩散和晶格的重新排列。
4. 晶化行为的影响因素在探究中，我们着重探讨了晶化行为的影响因素。
起首，我们发现合金的成分对晶化行为有明显影响。
Zr-Al-Ni-Cu合金中Al和Ni含量的变化会改变合金的晶化温度和速率。
其次，晶化过程中的结构异质性也会影响晶化行为。
合金中存在的微观缺陷和晶界会催化晶化过程，加快晶化速率。
最后，外界温度和压力的变化也会对晶化行为产生影响。
随着温度的提高，合金的晶化速率加快；而提高压力则延缓晶化速率。
5. 应用前景和展望Zr-Al-Ni-Cu合金由于其优秀的力学性能和良好的韧性而具有宽广的应用前景。
对其微观结构和晶化行为的探究有助于深度了解这类非晶合金的材料特性，从而进一步优化合金设计和制备工艺。
将来的探究可以进一步探讨合金的晶化机制、晶体生长动力学以及晶化行为对材料性能的影响。
《Zr65Cu35非晶合金结构及动力学的分子动力学模拟》范文
《Zr65Cu35非晶合金结构及动力学的分子动力学模拟》篇一一、引言非晶合金因其独特的结构和优异的性能在材料科学领域受到了广泛的关注。
Zr65Cu35非晶合金作为一种典型的金属玻璃材料，其结构和动力学特性一直是研究的热点。
本文利用分子动力学模拟方法，对Zr65Cu35非晶合金的结构及动力学特性进行了深入研究。
二、Zr65Cu35非晶合金的结构模拟1. 模型构建在分子动力学模拟中，首先构建了Zr65Cu35非晶合金的模型。
通过随机排列Zr和Cu原子，并设置适当的初始速度，构建了具有非晶态结构的合金模型。
2. 结构分析通过模拟退火过程，使模型达到非晶态结构的平衡状态。
随后，对模型进行结构分析，包括原子间距分布、配位数、径向分布函数等。
结果表明，Zr65Cu35非晶合金具有短程有序、长程无序的结构特点。
三、Zr65Cu35非晶合金的动力学模拟1. 动力学参数设定在分子动力学模拟中，设定了合适的温度、压力和时间步长等参数，以模拟非晶合金的实际工作环境。
通过计算原子的运动轨迹和速度，得到了非晶合金的动力学信息。
2. 动力学特性分析通过对动力学信息的分析，发现Zr65Cu35非晶合金具有较高的扩散系数和良好的塑性变形能力。
此外，还发现非晶合金在受到外力作用时，具有较好的能量吸收和耗散能力。
四、结果与讨论1. 结构与动力学的关系通过对比分析，发现Zr65Cu35非晶合金的短程有序结构对其动力学特性具有重要影响。
短程有序结构使得原子在运动过程中具有较高的扩散系数和良好的塑性变形能力。
此外，这种结构还使得非晶合金在受到外力作用时，能够通过原子间的相互作用吸收和耗散能量。
2. 与其他材料的比较将Zr65Cu35非晶合金的结构和动力学特性与其他材料进行比较，发现其具有优异的力学性能和能量吸收能力。
这些特性使得Zr65Cu35非晶合金在航空航天、汽车制造等领域具有广泛的应用前景。
五、结论通过分子动力学模拟，深入研究了Zr65Cu35非晶合金的结构及动力学特性。
《Zr65Cu35非晶合金结构及动力学的分子动力学模拟》
《Zr65Cu35非晶合金结构及动力学的分子动力学模拟》篇一一、引言非晶合金因其独特的结构和优异的性能在材料科学领域中受到了广泛的关注。
Zr65Cu35非晶合金作为一种典型的金属玻璃，其结构和动力学特性一直是研究的热点。
本文旨在通过分子动力学模拟的方法，探究Zr65Cu35非晶合金的结构特征及动力学行为。
二、分子动力学模拟方法分子动力学模拟是一种计算模拟方法，用于研究系统的微观行为和宏观性质。
通过在原子或分子层次上对系统的模拟，能够有效地解析材料中的微观结构及其相互作用力，以及物质的各种性质。
本研究所使用的模拟软件及参数设置均经过严格的验证和优化，以确保结果的准确性和可靠性。
三、Zr65Cu35非晶合金的结构特征1. 原子排列通过分子动力学模拟，我们发现Zr65Cu35非晶合金中原子排列呈现无序性，不存在长程有序的晶体结构。
原子间的相互作用力导致其形成了一种独特的短程有序结构。
2. 配位结构Zr65Cu35非晶合金的配位结构复杂，Zr和Cu原子间的配位数和配位环境均有所不同。
通过对模拟结果的分析，我们发现在该非晶合金中存在多种类型的配位结构，这些配位结构共同构成了非晶合金的微观结构。
四、Zr65Cu35非晶合金的动力学行为1. 原子运动在分子动力学模拟中，我们观察到Zr65Cu35非晶合金中原子运动具有明显的无序性。
原子在各个方向上的运动不受限制，且运动速度和轨迹随时间不断变化。
这种无序的运动状态是该非晶合金独特的物理性质和优异性能的根源。
2. 势能变化在模拟过程中，我们分析了Zr65Cu35非晶合金的势能变化。
随着模拟时间的推移，系统势能呈现波动状态，但总体上保持稳定。
这表明该非晶合金具有良好的能量稳定性，有利于其在各种环境下的应用。
五、结论通过分子动力学模拟，我们深入研究了Zr65Cu35非晶合金的结构特征及动力学行为。
该非晶合金具有独特的短程有序结构和复杂的配位结构，使其具有优异的物理性质和力学性能。
Zr含量对非晶合金非晶形成能力及力学性能的影响
射 （ ＸＲ Ｄ） 、差示 扫描 热量法 （ ＤＳ Ｃ ） 、微机控 制 电子 式万能 力学试 验机和扫 描 电镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ）研 究其非 晶形成 能力 与 压缩力 学性能 的变化规律 。结果表 明 ：随着Ｚ ｒ 含量的提 高 ，合金的过冷液相 区宽度 △ 减小 ，热稳 定性下 降 ；约化玻
Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ， ｇ Ｌ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ ７ ３ ０ ０ ５ ０ ， Ｇ ａ ｎ ｓ ｕ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ［ Ｚ ｒ ｎ ７ ２ （ Ｃ ｕ ｏ ￣ Ｎｉ ｏ ． ４ １ ） ０ ２ ８ ｌ １ ２ （ ｘ ＝ ０ ， ０ ． ０ ５ ， ０ ． １ ） ｂ ｕ ｌ ｋ ａ ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｕ ｓ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｒ ｏ ｄ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ３ ｍｍ ｄ ｉ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｗｅ ｒ ｅ
（ １ ． 兰 州理 工大学甘 肃省有 色金属新材料省部 共建 国家重点 实验 室，甘 肃兰州 ７ ３ ０ ０ ５ ０ ；
２ ． 兰州理 工大学有 色金属合金７ Ｌ； Ｏ ￣ ｓ － 教 育部 重点 实验 室，甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ５ ０ ）
摘 要 ：采用铜模吸铸法制备出直径为３ ｍｍ 的［ ｚ ｒ ｏ （ ｃ Ｎ ｉ ｎ ４ Ｉ ） ｎ ］ Ａ １ 。 （ ｘ ＝ ０ ， ０ ． ０ ５ ， ｏ ． １ ） 棒状非晶合金。通过ｘ 射线衍
轧制对Zr65Al7.5Ni10Cu17.5块体非晶合金硬度的影响
第 ３ 卷 ７
２ ８证 ００
第 ９期
９月
稀有金属材料与工程
ＲＡＲＥ ＥＴＡＬ ＡＴＥＲＩ ＬＳＡＮＤ Ｎ ＧＩ ＥＥＲＩ Ｍ Ｍ Ａ Ｅ Ｎ ＮＧ
Ｖｏ ．７ Ｎｏ． １３ ， ９ Ｓｅ ｔｍｂｅ ０ ｐｅ ｒ２０ ８
轧 制对 Ｚ ６ ７ＮｉＣ １５ 体非 晶合 金硬度 的影 响 ｒ５ ． １ ｕ７ 块 ＡＩ５ ｏ ．
定 其结 构为完全 非 晶后 ，用金 刚石切 片机沿 长度方 向
旦被激 活就有 可能 发生变 化 ，充分 了解非 晶合金在
塑 性变形 过程 中的结 构和性 能变化 规律 是正确 使用这
将 该非 晶片切 为 ３ ｎ ｌ ｌ 宽的条 。然后在 真 空退火炉 中 ｎ
以 ２ ／ ｉ ０ ｒ ｎ的加 热速 率将其 中 ２ Ｋａ 条从 室温 分别加热 到
非 晶合金 的变形 在轧 辊直径 为 １ ０ ｍｍ 的双 辊轧 ０
非 均 匀 塑性 变 形过 程 中其 结 构 可 能发 生 ２种 形 式 的 变 化 ：一 是 发 生相 变 ，在 剧 烈 变 形 的剪 切 带 周 围析 出纳 米 晶 或 另一 种 成 分 的 非 晶（ 分 离） ＇； 另 一种 相 【３ ２】 是仍 保 持 单 一 非 晶状 态 ，仅 仅 由剪 切 带产 生 【。在 ４ 】 这 ２种 情 况 下材 料 的力 学 性 能有 不 同的表 现 ，一般
后 的检 测 ，剩下 的试样 则继续 进行 轧制 到下一个 更大 的变形 量 ，取样后 再继 续进 行轧制 。不 断重 复上述 过
程直 到最大 变形量 达到 ９ ％。由于 所有 不 同变形量 的 ５ 试样 都来 自同一 铸态样 品 ，从而可 有效 消除 原始 铸 态 结构不 同导致 的实验误 差 。
ZrAlNiCu系统中非晶合金
第42卷第6期2002年11月大连理工大学学报Journal of Dalian University of TechnologyVol.42，No.6Nov.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!""""""""""""""""####2002材料、机械工程文章编号：1000-8608（2002）06-0684-04收稿日期：2001-12-05；修回日期：2002-10-09.Zr-al-Ni-cu 系统中非晶合金陈伟荣1，2，王英敏1，羌建兵1，徐卫平1，王德和1，董闯1（1.大连理工大学三束材料改性国家重点实验室，辽宁大连116024；2.大连大学机械工程系，辽宁大连116622）摘要：Zr-Al-ni-cu 系及其亚组元体系中非晶合金是由二元合金系开始，发展到今日的四元和五元合金，其形状也从薄带、丝等发展为块体.以源自准晶的等电子浓度理论和等原子尺寸理论为判据设计合金成分，并制备了系列大块非晶合金，它们的!!X 在100K 左右，同时具有大的约化玻璃转变温度!rg .关键词：锆基合金/非晶合金；玻璃形成能力；电子浓度；原子尺寸中图分类号：TG139.8文献标识码：A非晶态金属合金也称金属玻璃，是指在固态下原子排列呈短程有序而长程无序的金属合金，从1934年由Kramer 采用蒸发沉积的方法获得了非晶薄膜以来，人们尝试采用各种不同的方法来得到非晶合金，其形状也从最初的薄膜到薄片、带、丝，及至20世纪80年代末出现的毫米级的大块非晶.在过去的20年中，人们已在许多合金系中发现了具有大的玻璃形成能力和宽的过冷液相区的合金，其中，最小的临界冷却速度低至0.1K /S ，而最大非晶合金厚度可达100mm ［1］.在这些合金系中，Zr-Al-ni-cu 非晶合金系列十分引人注目，它既不含贵金属，也不含有毒元素.它所具有的大的玻璃形成能力和高的热稳定性，以及优良的力学、物理、化学等性能，使人们有兴趣对其进行大量的研究.本文在对近20年来该系列合金的成分变化进行归纳和总结的基础上，介绍了用等电子浓度和等原子尺寸规律在该系列中设计的非晶合金，以期从一个全新的角度去探索大块非晶的形成规律.1Zr-al-Ni-cu 合金系的发展如果将四元合金拆成二元合金，将有Zr-Al 、Zr-ni 、Zr-cu 、Al-ni 、Al-cu 、ni-cu 6组二元合金系，其中，除匀晶的ni-cu 二元系外，其他5种二元系均有非晶形成的报道.七八十年代，这些二元合金系主要以薄带、丝、粉末、薄膜等方式形成，且必须在较高的冷却速度下（大于105K /S ）才能形成非晶，它们的玻璃形成能力较差.对二元合金系来说，影响其非晶形成的因素很多，其中，深共晶因素和原子尺寸因素是不可忽视的，位于深共晶或附近的成分，在相对较低的冷却速度下，就可以获得非晶合金；另外，组成元素的原子尺寸差增大，将会显著地增大非晶合金的形成倾向.Zr-ni 、Zr-cu 系较易满足上述两个条件，因此，较之另几个二元系，更易形成非晶.薄带、丝等形状的非晶，其应用范围受到限制，因此无法满足人们的需求，于是，人们把目光投向了寻找具有更大玻璃形成能力和热稳定性的合金体系.这一问题的突破是在20世纪80年代末，Inoue 等人将Al 元素加入到Zr-ni 和Zr-cu 二元系中，分别形成了Zr-Al-ni 和Zr-Al-cu 三元系.同时，他们提出了获得大的玻璃形成能力（GFA ）和宽的过冷液相区的合金组成的3个经验规律［2］：（1）由3个或3个以上的元素组成合金系.（2）组成合金系的组元之间有较大的原子尺寸比，且满足大、中、小的原则，其中主要组成元素之间的原子尺寸比应大于13%.（3）组成元素之间的混合热为负值.作为对玻璃形成能力的评定，采用合金的过冷液相区宽度!T X值（!T X=T X -T g）和约化玻璃转变温度T rg值（T rg=T g/T m）来表征，其中，TX 表示晶化温度，Tg表示玻璃转变温度，Tm表示熔点.一般认为，!T X和T rg越大，则合金的玻璃形成能力越大.三元Zr-Al-ni、Zr-Al-cu系满足上述的3个经验规律，且它们与没有Al加入时的二元系相比，玻璃形成能力和热稳定性有了很大的提高，如二元合金系富Zr的Zr-ni、Zr-cu的!T X值小于10K［3］，而在三元系中，Zr60Al15ni25为77K［4］、Zr65Al7.5cu27.5为89K［5］，显然，Al元素加入到Zr-ni、Zr-cu二元系中，大大提高了合金的玻璃形成能力.对Al的这种作用的机制，有一种观点认为［4］，可以从拓扑短程有序方面考虑，认为合金的堆垛密度越大，其热稳定性越高.Zr、Al、ni的原子半径分别为0.160、0.143、0. 125nm，原子半径处于中间的Al元素加入到原子半径相差较大的Zr和ni二元系中，正好填充了混乱结构中的空位，从而使非晶的密堆程度增加，进而增大了过冷液体的热稳定性.另一种观点认为［4］，可以从Al元素加入到Zr-ni二元系中所引起的化学短程有序的变化方面考虑.显然，组成合金的元素之间有较大的原子尺寸比，且包括大、中、小3种元素，是具有高的玻璃形成能力的非晶合金所不可缺少的条件.另外，Zr-Al、Al-ni之间具有大的负混合热也是一个必不可少的重要因素.几乎在三元合金系发展的同时，四元Zr-Al-ni-cu合金系也应运而生，它比三元系有更大的!T X值和更高的玻璃形成能力，从而使制备cm级的大块非晶合金成为可能.在目前已经报道的该系列的合金成分中，!T X值最大的是Zr65Al7.5ni10cu17.5，为127K［3］，用石英管熔体淬火法已制备出直径16mm、长150mm的非晶棒.在报道过的该系列合金的非晶尺寸中，最大的直径是30mm，成分为Zr55Al10ni5cu30，是用吸铸方法制备的［6］.若在Zr-Al-ni-cu合金系中再加入一个元素，构成Zr基五元合金，是否可以使它的玻璃形成能力比四元合金更大呢？在已经报道过的多种实验结果中，还没有发现!T X大于127K的合金系.在Zr65-x-Al7.5-ni10-cu17.5-be x合金系中，小原子尺寸be的加入，导致!T X降至110~115K［7］，尽管该Zr-Ti-Al-cu-ni［8］、Zr-Al-ni-cu-pd［9］等合金系中，都未发现有更大的!T X值，虽然第五个元素的加入导致!T X下降的原因各不相同，但使!T X下降的结果是一致的.显然，非晶形成并非组成合金的组元数越多越好.!以等电子浓度和等原子尺寸为依据设计的大块非晶!."非晶中的等电子浓度和等原子尺寸规律目前，虽然大块非晶合金的尺寸已达cm级，但从应用的角度考虑，还是远远不够的.对于非晶的形成机理，很多人尝试用各种理论去研究并解释它，但很少有人从电子结构的角度去考虑它.最近作者发现非晶的形成遵循等电子浓度和等原子尺寸规律，并从这一全新的角度出发，依据新的判据设计合金成分，以期探索非晶形成规律.等电子浓度现象最早是在准晶合金系中发现的［10］，而在非晶的研究过程中发现了准晶的存在［11］，这表明非晶与准晶在电子结构上的某种联系.实际上，对非晶电子结构的研究早在20世纪70年代就已经开始了，早期nagel和Tauc的工作是以二元合金为基础的［12］，他们分析了M1-x X x（这里，M指过渡族或贵金属，X指第"或第#族元素）二元合金，认为在费米能级位于最低态密度时对应的成分所形成的非晶相是最稳定的，此时，其费米面与由强衍射所定义的伪布里渊区相切，数学式可表达为kp=2k f，其中，k f是费米球半径，kp是伪布里渊区所对应的倒易矢量的长度.nagel和Tauc的结果不仅表明非晶是一种Hume-rothery相（电子相），而且证明了稳定的非晶成分对应着一个固定的电子浓度值（e/a）.作者的前期工作也表明，铸态Zr65Al7.5ni10cu17.5合金中的晶体学相与非晶基体有相近的电子浓度［13］，说明它们在电子结构上有密切的关系，据此，将准晶中已趋成熟的等电子浓度理论应用于非晶中.研究发现，在Zr-Al-ni-cu合金系及它的亚组元体系Zr-Al-ni和Zr-Al-cu中，目前公认的非晶合金成分具有非常相近的电子浓度（e/a），例如，Zr65Al7.5ni10cu17.5合金的e/a=1.375，而那些公认的非晶合金的e/a值均在1.375附近，由此确认，在四元合金相图中，存在着一个等电子浓度面.那些公认的非晶合金成分及晶体学相关相均分布在等电子浓度面附近.不仅如此，它们还分586第6期陈伟荣等：Zr-Al-ni-cu系统中非晶合金究发现，这条线恰好是等电子浓度面与等原子尺寸面的交线，如图1所示，这里，把合金组成元素的原子尺寸与其成分之积的和定义为平均原子尺寸（Ra），等原子尺寸是指合金系中成分不同的若干种合金具有相同的平均原子尺寸，由此计算Zr65Al7.5ni10Cu17.5合金的R a=0.1496nm.a~c：Zr-Al-ni BMGS；d~f：Zr-Al-Cu BMGS；g、h：晶化相（Zr2Cu，Al2niZr6）；I：Zr-Al-ni-Cu BMG；无色面：等电子浓度面；深色面：等原子尺寸面图1Zr-Al-ni-Cu四元相图中的等电子浓度面和等原子尺寸面Fig.1The e/a-conStant and atomic Size conStant planeS in Zr-Al-ni-Cu phaSe diagram !.!以等电子浓度和等原子尺寸规律为依据设计的大块非晶以等电子浓度面与等原子尺寸面的交线为依据，以Zr65Al7.5ni10Cu17.5合金的e/a和R a为基础，设计了一系列合金成分，即这些合金与Zr65Al7.5ni10Cu17.5具有相同的e/a和R a.采用吸铸法制备出直径为3mm的非晶棒，随后用差示扫描量热法（DSC）和差热分析法（DTA）测定了所有试样的与玻璃形成能力和热稳定性相关的参数：T g、T X、!T X、T m、液相线温度T l、T l和T m的差值及Trg.表1示出了这些合金的成分、DSC和DTA 实验的结果.由表1可见，6种成分的合金均显示了较高的!T X和T rg，由此可以确定一个具有大的玻璃形成能力和高的热稳定性的非晶体系的形成，表明位于等电子浓度面和等原子尺寸面的交线上的系列合金成分所具备的大的玻璃形成能力和高的热稳定性，进而证明了以本文判据设计合金成分的可行性和正确性.表16种合金的DSC和DTA的结果Tab.1DSC and DTA reSultS of the SiX alloyS K no.合金T g T X!T X T m T l T rg T l-T m 1Zr65.5Al5.6ni6.5Cu22.4636733971089.41210.90.584121.5 2Zr65.3Al6.5ni8.2Cu206407451051089.11188.30.58899.2 3Zr65Al7.5ni10Cu17.56507501001093.71153.30.59459.6 4Zr64.8Al8.3ni11.4Cu15.5653752991085.51142.70.60257.2 5Zr64.5Al9.2ni13.2Cu13.1658757991090.01137.60.60447.6 6Zr63.8Al11.4ni17.2Cu7.6671758871100.11153.30.61053.2在6种合金中，6号合金具有最大的Trg值，同时，它也具有最高的Tg 值和最高的TX值.高的T g和T X值表明合金在弛豫期间难以进行原子移动和结构的重排，如果以Tg 、TX为稳定性判据，则从1号到6号样品，非晶的热稳定性在逐步提高，因此，最佳的成分应该是6号，而不是Inoue提出的非晶成分（3号）.另外，从合金1至合金5，它们的Tl 和Tm的差值越来越小，表明越来越接近共晶点，及至合金5时，其差值已小到47.6K，说明这种合金成分已非常接近共晶成分；合金6的则相对于合金5又有所上升，说明共晶成分可能位于5号和6号之间且靠近合金6一侧.至于在本文的判据与深共晶成分之间有什么联系，还要进一在本实验结果中，出现了!T X和T rg值不一致的情况，实际上，这种不一致的现象在很多合金系中都出现过［14、15］，这意味着金属玻璃的形成能力及其热稳定性并非完全一致，即具有最强玻璃形成能力的那些合金未必是最稳定的；反之亦然."结语对于Zr-Al-ni-Cu系非晶合金，目前尚有许多理论及实际的内容需要探索和研究，它所具有的高的玻璃形成能力及优良的性能使人们期待着能发现其内在规律，以寻找具有更大的玻璃形成能力的非晶成分.从电子浓度和平均原子尺寸这样一个全新的角度对Zr-Al-ni-Cu合金系进行研究，686发现非晶形成规律，进而在其他的合金系中验证它的普遍意义，为发现新的具有更大玻璃形成能力的合金系提供理论依据.参考文献：［1］INOUE A.StabiIization and high strain-ratesuperpIasticity of metaIIic supercooIed Iiguid ［J ］.Mater Sci and Eng ，1999，A267：171-183.［2］INOUE A ，SHIBATA T ，ZHANG T.Effect of additionaIeIements on gIass transition behavior and gIass formationtendency of Zr-AI-Cu-Ni aIIoys ［J ］.Mater Trans JIM ，1995，36（12）：1420-1426.［3］ZHANG T ，INOUE A ，MASUMOTO T.AmorphousZr-AI-TM （TM =Co ，Ni ，Cu ）aIIoys with significant supercooIed Iiguid region of over 100K ［J ］.MaterTrans JIM ，1991，32（11）：1005-1010.［4］INOUE A ，ZHANG T ，MASUMOTO T.Zr-AI-Niamorphous aIIoys with high gIass transition temperatureand significant supercooIed Iiguid region ［J ］.Mater Trans JIM ，1990，31（3）：177-183.［5］INOUE A ，KAWASE D ，TSAI A P ，et 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De-he 1，DONG Chuang 1（1.State Key Lab.for Mater.Modif.by Laser ，Ion and Electr.Beams ，DalianUniv.of Technol.，Dalian 116024，China ；2.Dept.of Mech.Eng.，Dalian Univ.，Dalian 116622，China ）Abstract ：The deveIopment of amorphous aIIoys in Zr-AI-Ni-Cu and its subsystems were reviewed.Theconcepts of the e /a -constant and atomic-size-constant criteria for the formation of amorphous aIIoys were introduced ，which originated from guasicrystaI research.FinaIIy ，it reports the authors'recent work on the Zr-AI-Ni-Cu amorphous aIIoys designed according to these ruIes.AII the designed aIIoys have high gIass forming abiIity ，with Iarge reduced gIass transition temperatures T rg and Iarge supercooIed Iiguid regions !T x （cIose to 100K ）.Key words ：zirconium-based aIIoys /amorphous aIIoy ；gIass forming abiIity ；eIectron concentration ；atomicsize786第6期陈伟荣等：Zr-AI-Ni-Cu 系统中非晶合金。
《Zr-Ni-Al非晶合金的原子结构与性质的分子动力学研究》范文
《Zr-Ni-Al非晶合金的原子结构与性质的分子动力学研究》篇一一、引言随着材料科学的快速发展，非晶合金因其独特的物理和化学性质受到了广泛的关注。
Zr-Ni-Al非晶合金作为一种重要的金属玻璃材料，其原子结构和性质的研究对于理解其力学、热学、电磁等性能具有重要意义。
本文将通过分子动力学方法，对Zr-Ni-Al非晶合金的原子结构与性质进行深入研究。
二、Zr-Ni-Al非晶合金的原子结构Zr-Ni-Al非晶合金的原子结构具有高度无序性，其原子排列既不同于晶体材料的周期性排列，也不同于液体材料的无规则排列。
通过分子动力学模拟，我们可以观察到Zr、Ni、Al原子在非晶合金中的分布情况。
在非晶合金中，原子间的相互作用主要通过金属键实现。
由于没有长程有序的晶体结构，非晶合金的原子排列更加接近于一种“短程有序，长程无序”的状态。
这种特殊的原子结构使得非晶合金具有优异的力学性能和化学稳定性。
三、Zr-Ni-Al非晶合金的性质研究1. 力学性质：Zr-Ni-Al非晶合金具有较高的硬度和优良的韧性。
通过分子动力学模拟，我们可以研究其力学性质与原子结构的关系，揭示其高硬度和优良韧性的微观机制。
2. 热学性质：非晶合金的热稳定性对其应用具有重要意义。
通过分子动力学模拟，我们可以研究Zr-Ni-Al非晶合金的热导率、热膨胀系数等热学性质，了解其热稳定性的微观机制。
3. 电磁性质：Zr-Ni-Al非晶合金具有优异的电磁性能，在电子封装、电磁屏蔽等领域有广泛应用。
通过分子动力学模拟，我们可以研究其电阻率、磁导率等电磁性质与原子结构的关系，为优化其电磁性能提供理论依据。
四、分子动力学方法的应用分子动力学是一种基于牛顿力学原理的计算机模拟方法，可以用来研究材料的原子结构和性质。
在Zr-Ni-Al非晶合金的研究中，我们可以通过构建合理的势函数，模拟原子间的相互作用，从而得到材料的原子结构和性质。
通过分子动力学模拟，我们可以观察到Zr-Ni-Al非晶合金的原子运动轨迹、能量分布、应力分布等情况，从而深入了解其原子结构和性质。
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中图 分 类号 ： Ｔ Ｂ ３ ８ ３ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编号 ： １ ０ ０ ０ — ８ ３ ６ ５ （ ２ ０ １ ０ ） ０ ２ — ０ １ ９ ２ — ０ ４
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铸 造 技 术
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Ｖ ｏ１ ． ３１ ＮＯ ．２ Ｆｅ ｂ．２ Ｏ１ Ｏ
不 同吸 铸 电压 对 Ｚ ｒ ６ ３ Ｃｕ １ ７ ． ５ Ａ Ｉ ７ ． ５ Ｎ ｉ １ ０ Ｆ ｅ ２ 非 晶形 成 能 力和 力学性 能 的影 响
寇 生 中１ ， ２ ， 李 娜 ， 郑 宝超 ， 黄 文 军 ， 王仁 军 ， 陈 延
（ １ ． 兰州理工 大学甘肃 有色金 属新 材 料 省部 共建 国家重 点 实验 室 ， 甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ５ ０ ； ２ ． 兰州 理 工 大学 有 色 金属 合金 省部共建 教育部重 点实 验室 ， 甘 肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ５ ０ ）
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