ZrCu金属玻璃的结构模拟
毕业论文关键词：金属玻璃 ZrCu 合金 分子动力学模拟
Title Research on the local atomic structure of ZrCu alloys with the MD simulation
Abstract Metallic glass has many excellent physical properties and mechanical properties, such as high strength, high hardness, high saturation of magnetic induction and low iron loss and so on. Therefore, it is highlighted by scientists. The scientific personnel find out that the ZrCu the two element alloy also has a good ability of amorphous formation. The study of the atomic structure of metallic glasses is conductive to understanding its physical and mechanical properties. Due to the complexity of the regional atomic structure of the amorphous alloy, the three-dimensional atomic structure of amorphous alloy can only be constructed by the method of theoretical simulation under the constraints of various conditions. Molecular dynamics simulation of binary alloy of different ZrCu ratio is carried out in the paper.The simulation results show that when the temperature is lower, the higher and sharper the first peak of the curve will be. The more compact Cu and Zr atoms are arrayed, the more stable the structure is. When it is cooled to 300K, the number of the polyhedron with 12 coordination is the largest. It is indicated that the amorphous with twenty surfaces cooled down in this level is dominant and the Zr36Cu64 and Zr50Cu50 are more easily to be formed as amorphous.
Keywords: Metallic glass ZrCu alloy Molecular dynamics simulation
目录
1绪论..1
1.1金属玻璃研究历史及发展1
1.2金属玻璃的结构..2
1.3本论文的研究意义及内容4
2理论基础.5
2.1分子动力学模拟..5
2.2Lammps程序5
2.3结构分析方法.6
3Zr基二元合金的结构模拟..9
3.1非晶模型的建立..9
3.2Zr基二元合金的结构模拟过程.11
3.3Zr基二元合金模拟结构分析12
结论..18
致谢..19
参考文献20
1 绪论 1.1 金属玻璃研究历史及发展 金属玻璃既具有一般金属又具有玻璃优异的物理化学和力学性能，是高温熔体在快速凝固条件下结合冶金技术合成的一种新型材料。它是由金属原材料熔炼而成，其外观具有光泽，表面和一般金属看不出任何区别。组成这种材料的内部原子排列长程无序但短程有序，是一种玻璃态结构。 1938 年，克雷默[1]等人运用蒸发沉积的方法第一次成功制备出了非晶态的薄膜，随后Brenner 和 Riddell 等人又运用电化学沉积的方法制备出了 Ni-P 系非晶态薄膜[2]。在 20 世纪50 年代，美国物理学家 Turmbull 通过水银的过冷实验，提出了非晶态材料 可以通过过冷到远离平衡点以下而不成核来获取。根据他的理论，在特定过冷条件下，熔融态金属可以通过快速冷却到非晶态，所以 Turmbull 是早期非晶态合金理论的奠基人[3]。 1960年美国加州理工的 Duwez 发明了喷枪快速冷凝法，在这种快速冷却的条件下，成功制备出来 Au75Si25非晶态合金，带来了非晶合金发展的一次鼎盛时期。1969年，Pond 等人通过轧辊制备出了非晶薄带[4]数十米长。20世纪80年代初，陈鹤寿（H.S.Chen）等人利用快冷连铸轧辊法获得多种铁基非晶态合金细丝和薄带，且正式命名为“金属玻璃”，从而引起了世界范围内的关注。随后，一系列固态玻璃化技术问世，如机械合金化，离子束混合等，但难以满足人们对非晶合金尺寸的要求。 80 年代末，日本东北大学金属研究所的 A. Inoue[5]改变想法，从合金成分来提高合金系本身的非晶形成能力，发现多组元合金混合，用铜模浇注方法，在较低的冷却速率下就能获得块体非晶合金，得到了 Ln-Al-TM、Mg-Ln-TM 等有很强玻璃形成能力的第二代块体金属玻璃体系(TM 表示过渡族金属元素，Ln表示镧系元素)。1997年，Inoue 小组通过元素置换制备出了 Pd40Cu30P20块体金属玻璃，使非晶合金的临界厚度增至 75mm，是当今玻璃形成能力最好的合金体系[6]。 进入21世纪后，块体非晶态材料发展迅速。 2003年，美国橡树岭国家实验室的 Lu和 Liu制备的 Fe 基非晶态合金，最大直径达到 12mm[7]，达到了厘米级。随后，中国哈尔滨工业大学的沈军等人制备出直径达到 16mm 的Fe基非晶态合金的[8]。