过冷CuZr合金熔体动力学性质与非晶形成能力的关系研究.pdf

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1、过冷CuZr合金熔体动力学性质与非晶形成能力的关系研究毕庆玲2015年1月中图分类号：O469UDC分类号：538.9过冷CuZr合金熔体动力学性质与非晶形成能力的关系研究作者姓名毕庆玲学院名称物理学院指导教师吕勇军答辩委员会主席韦浩教授申请学位理学硕士学科专业凝聚态物理学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月CorrelationBetweenDynamicPropertiesandGlass-formingAbilityinSupercooledCuZrAlloysCandidateName：BiQingli

2、ngSchoolorDepartment:PhysicsFacultyMentor:LvYongjunChair,ThesisCommittee：Prof.WeiHaoDegreeApplied:MasterofScienceMajor：PhysicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January18，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学

3、位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要非晶态转变机理和非晶形成能力的研究一直是非晶领域研究的热点和重点问题，而非晶态转变过程中合金熔体的动力学性质与非晶形成能力有着密不可分的关系。研究发现CuZr合金的非晶形成能力与组成合金的原子百分比息息相关，本文以典型的二元CuZr非晶合金为研究对象，运用分子动力学模拟方

4、法，模拟Cu（100-x）Zrx合金熔体由高温稳定态快速冷却至发生非晶态转变前的过程，计算合金的粘度和扩散系数，研究这些动力学性质随温度变化的规律与合金成分的关系，进而探究与非晶形成能力之间的关系。通过系统地计算CuZr合金熔体的粘度对温度的依赖关系，我们发现在非晶态转变温度附近，非晶形成能力越强的CuZr合金表现出较显著的动力学的“脆”性，而且在非晶转变过程中，熔体的强脆性出现由“强”到“脆”的转变。这种动力学转变与熔体的过剩熵随温度的变化有关。与其它非晶形成能力较弱的合金成分相比，在接近非晶态转变温度区域，非晶形成能力

5、较强且动力学性质较“脆”的CuZr合金熔体的过剩熵会急剧减小。为了进一步验证脆性熔体熵随温度的变化，我们还计算了与熵的温度变化相关的两个热力学物理量，热膨胀系数和等压比热CP，结果与熵变化规律一致。本文研究了CuZr合金熔体的自扩散系数随温度的变化规律。根据计算得到的粘度和扩散系数，我们验证了Stokes-Einstein关系。分析表明，Stokes-Einstein关系在接近非晶态转变的低温区域内不再成立，并且在非晶形成能力最强的四个成分处，CuZr合金熔体偏离Stokes-Einstein关系最大，表现出较强的动力学

6、不均匀性，表明非晶态形成能力与动力学不均匀性存在着内在联系。分析了Cu50Zr50合金及其周围成分的合金局域结构，定性研究了动力学不均匀性与局域结构之间的联系。关键词：动力学性质；非晶形成能力；CuZr合金；分子动力学模拟I北京理工大学硕士学位论文AbstractTheglasstransitionmechanismandglass-formingability(GFA)haveattractedintensiveattentioninthefieldofamorphousmaterials.Thedynamicprope

7、rtiesofsupercooledalloysarecloselyrelatedtoGFAinglasstransition.Somestudieshavefoundthatglass-formingabilityofCuZralloysisrelatedtothecompositions.Inthisthesis,wehavequenchedtheliquidbinaryCu（100-x）Zrx(30x70)alloysintoglassstatesbyusingmoleculardynamicssimulatio

8、ns.WehavecalculatedtheviscositiesanddiffusioncoefficientsofsupercooledCuZralloys,andhaveanalyzedtheirtemperaturedependence.Wehavediscussedthecorrelation