鋁基金屬玻璃的形成及其局域原子結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、金屬玻璃(Metallic glasses，MGs)是非晶態(tài)材料大家庭的新成員，具有長程無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)

2、構(gòu)兩個(gè)方面開展研究，取得了以下研究成果：
　　(1)在Al基合金中，通過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.

3、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Al86-xNi7Y4.5Co1La1.

4、5Cax金屬玻璃的熱穩(wěn)定性和玻璃形成能力。
　　(2)通過對(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Al82.8Y6.07

5、Ni8La3.13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序度，同時(shí)以La為中心的高

6、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