三元Fe-Nb-B合金液態(tài)和非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的第一性原理分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、非晶合金是一類具有獨(dú)特性能的新材料，其原子結(jié)構(gòu)具有“長(zhǎng)程無(wú)序，短程有序”的特點(diǎn)。探索非晶合金的原子結(jié)構(gòu)有助于深層次了解和進(jìn)一步改善非晶合金的性能，也是研究者們研究的重點(diǎn)。鐵基非晶合金是非晶合金中工業(yè)化應(yīng)用最廣的合金體系之一，同時(shí)鐵基非晶合金中往往含有B等非金屬元素，相比于金屬-金屬基非晶合金其局域原子結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。本文采用第一性原理分子動(dòng)力學(xué)(AIMD)的模擬方法研究三元Fe90-xNb10Bx(x=10，20，30)合金在液態(tài)和非晶態(tài)

2、以及降溫過(guò)程中的原子結(jié)構(gòu)，同時(shí)模擬計(jì)算二元Fe80B20合金進(jìn)行對(duì)比研究，系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)這一體系的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析非晶形成能力產(chǎn)生差異的結(jié)構(gòu)原因并嘗試分析不同的晶化過(guò)程。
　　通過(guò)對(duì)二元Fe80B20和三元Fe90-xNb10Bx(x=10，20，30)合金液態(tài)原子結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，該類合金成分不同會(huì)導(dǎo)致液態(tài)局域結(jié)構(gòu)存在顯著差異，這種結(jié)構(gòu)差異對(duì)體系液態(tài)動(dòng)力學(xué)行為產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響降溫過(guò)程中非晶的形成能力。
　　通過(guò)對(duì)二元Fe80

3、B20和三元Fe90-xNb10Bx(x=10，20，30)合金非晶態(tài)原子結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，非晶態(tài)原子結(jié)構(gòu)相比于液態(tài)結(jié)構(gòu)更加有序，但原子配位數(shù)情況與液態(tài)相比相差不大。在非晶態(tài)以Fe原子為中心的團(tuán)簇中類二十面體團(tuán)簇<01102>含量最多，而液態(tài)中類bcc型團(tuán)簇<0364>含量最多。以B原子為中心的團(tuán)簇均為棱柱型團(tuán)簇，在B含量少的Fe80Nb10B10合金中以<0280>團(tuán)簇為主，在B含量多的合金中以含有B-B鍵的<0360>團(tuán)簇為主。同時(shí)研

4、究發(fā)現(xiàn)Nb原子加入后B原子更傾向于與Nb原子連接。B原子周?chē)煌脑咏Y(jié)構(gòu)特征以及成鍵的傾向性與其晶化過(guò)程結(jié)構(gòu)的演化密切相關(guān)，顯著影響體系的非晶形成能力。
　　通過(guò)對(duì)二元Fe80B20和三元Fe90-xNb10Bx(x=10，20，30)合金形成非晶的降溫過(guò)程中原子結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，在降溫過(guò)程中原子有序化程度增加但原子與原子之間的距離變化不大。B原子含量多少會(huì)影響降溫過(guò)程中B原子局域結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)。同時(shí)Nb原子的加入和B原子的增加均

5、使得體系的團(tuán)簇種類增加，結(jié)構(gòu)更不均勻和復(fù)雜，降溫過(guò)程團(tuán)簇之間的相互競(jìng)爭(zhēng)有助于非晶形成能力的提高。不同類型團(tuán)簇之間的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制可解釋該合金體系非晶形成能力產(chǎn)生差異的原因。
　　同時(shí)，關(guān)于二元Fe80B20和三元Fe90-xNb10Bx(x=10，20，30)非晶合金態(tài)密度(DOS)的研究表明，此非晶合金體系的電子結(jié)構(gòu)與成分的關(guān)系不大，Nb原子的加入對(duì)Fe-B體系的態(tài)密度沒(méi)有明顯影響。Fe、Nb、B三種原子兩兩之間的電荷密度分布情況表明