近共晶成分Ni-P非晶合金微结构特征的原子模拟分析

摘要

在众多过渡族金属-类金属(TM-Metalloid)二元合金体系中，Ni100-xPx合金具有较强的玻璃形成能力，可通过快淬在较宽浓度范围内(x=16.5~21.0)制备出非晶薄带，因而成为人们研究非晶合金的理想对象。非晶合金的玻璃形成能力与局域原子结构有着密不可分的关系，Ni100-xPx合金在x=19.6时具有最强的玻璃形成能力，在这个浓度点，很可能具有某些独特的结构特征，因此有必要在共晶点附近针对不同浓度 Ni100-xPx非晶合金的局域原子结构进行比较深入的研究。为此，本文采用LAMMPS软件包进行分子动力学实验，模拟了液态金属Ni100-xPx(x=19.0,19.4,19.6,19.8,20.0,21.0)合金快速凝固过程，运用Vorono i多面体指数法、扩展原子团簇类型指数法(CTIM)等对系统快凝固体微结构进行表征和分析,并探索微结构与玻璃形成能力之间的内在关系，本文具体开展了如下工作：
　　(1)分子动力学模拟了液态共晶 Ni80.4P19.6合金在5×1012K/s冷速条件下的快速凝固过程。结果显示：非晶态快凝固体中异质原子间有明显的结合倾向性，即：Ni原子倾向于与P原子形成成键近邻，同时体系中P原子第一近邻环境中并未检测到与之成键的P原子。表征非晶态结构的1551键对、1541键对以及1431键对的含量在快凝固体中占主导地位，尤其是五次对称的1551饱和H-A键对，这进一步说明液态共晶 N i80.4P19.6合金在该快凝条件下得到的是非晶态固体。通过Voronoi多面体指数3456?n,n,n,n?和团簇类型指数(Z ni/(ijkl)i...)对其局域原子结构进行表征发现：N i80.4P19.6合金系统中原子团簇存在各种各样的结构形态，Ni原子的团簇属性主要是高配位的Frank-Kasper团簇，典型的化学短程序为NiZ-2P3， N i芯基本团簇间可通过 IS联结形成中程序结构，甚至与 P芯基本团簇进一步键合形成Ni-P混合团簇，而P原子的局域结构则以较低配位的Frank-Kasper团簇为主，P芯基本团簇的壳层原子全部是Ni原子，典型的化学短程序为NiZP，其间仅可通过VS、ES和 FS联结形成扩展团簇。
　　(2)采用分子动力学方法进一步模拟得到了Ni100-xPx(x=19.0,19.4,19.6,19.8,20.0,21.0)合金在快速凝固条件下的快凝固体。结合结构表征方法，发现N i100-xPx非晶合金 P芯局域原子组态的特征结构为带两个半八面体的阿基米德反棱柱(bi-capped square Archimedean antiprism,简称BSAP)多面体及其变形结构，其含量在共晶点x=19.6时最多，偏离共晶点越远，所占比例越小，与基于约化玻璃转变温度 Trg和非晶薄带临界厚度 Dc表征的 Ni100-xPx合金非晶形成能力的变化趋势一致，暗示 P芯 BSAP团簇对 Ni100-xPx非晶合金的形成具有重要影响，其含量很可能可被用来评估Ni100-xPx合金的玻璃形成能力。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 非晶态合金的结构特征

1.3 非晶态合金的结构模型

1.4 计算机数值模拟在快速凝固过程中的应用

1.5 Ni-P非晶合金的研究进展

1.6 本文研究目的及主要内容

第2章 分子动力学模拟及微结构表征方法

2.1 分子动力学模拟方法

2. 2 微结构表征方法

2.3 本章小结

第3章 Ni80. 4P 1 9 . 6非晶合金的微结构特征分析

3.1 引言

3.2 模拟条件与方法

3.3 模拟结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 Ni10 0-x P x非晶合金中P原子局域特征结构分析

4.1 引言

4.2 模拟条件与方法

4.3 模拟结果与讨论

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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