论文总字数：19263字

摘 要

非晶态合金具有极高的强度和硬度，但是经过加热后，其韧塑性又会得到明显的提高，这又赋予了它良好的机械加工能力，具有非常重要的研究意义和价值。

本课题使用分子动力学模拟的方法，结合运用相应的计算机程序和软件，分析不同的冷却速率以及不同温度下，对Cu₄₆Zr₅₄非晶合金的势能曲线（玻璃转变温度）、径向分布函数、键对含量和Voronoi多面体指数的影响，通过该非晶合金的形成过程中，它的原子结构的变化规律，深入探索Cu₄₆Zr₅₄非晶合金快速冷凝过程存在的短程序遗传。

借助Lammps、Origin、EditPlus等软件进行计算和作图，其结果进一步印证了先前的理论和研究成果。通过分析在形成过程中，非晶的势能曲线和径向分布函数，可知在设定的五种冷速中，冷却速率降低，非晶的玻璃转变温度也会降低，有序性变好，此时的非晶形成能力更优异。计算非晶合金的形成过程，它的各键对和多面体指数的含量及变化趋势，不难发现体系中属于二十面体结构的含量是最高的，并且含量在形成过程中还在逐步升高，这同时也说明了非晶的短程序具有遗传性。

关键字：非晶合金 局域原子结构 玻璃形成能力 分子动力学模拟 结构表征

Structural evolution and short program genetics of Cu₄₆Zr₅₄ during amorphous formation

ABSTRACT

Amorphous alloy has very high strength and hardness, but after heating, its toughness and plasticity will be significantly improved, which gives it good machining ability, has very important research significance and value.

This topic using molecular dynamics simulation method, and combined with using the corresponding computer programs and software, the analysis of different cooling rate and different temperature, the potential curve of Cu₄₆Zr₅₄ amorphous alloy （glass transition temperature）, radial distribution function, the influence of the keys to the content and index of the Voronoi polyhedra, The short program inheritance of Cu₄₆Zr₅₄ amorphous alloy during the rapid cooling and solidification process was explored by the change of its atomic structure during the formation of the amorphous alloy.

With the help of software such as Lammps, Origin and EditPlus, the calculation and mapping results further confirm the previous theories and research results. Through the analysis of the potential energy curve and the radial distribution function of the amorphous during the formation process, it can be seen that in the five cooling rates set, the cooling rate decreases, the glass transition temperature of the amorphous also decreases, the order becomes better, and the amorphous formation ability becomes better.It is not difficult to find that the content of icosahedral structure in the system is the highest, and the content is still rising gradually in the process of formation. This also indicates that the short-range order of amorphous alloy is hereditary.

Key words: Amorphous alloy; Local atomic structure; Glass forming ability; Molecular dynamics Simulation; Structural characterization

目录

摘 要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1非晶合金概述

1.2非晶合金形成过程中的基本原理

1.2.1分子动力学及热力学原理

1.2.2判断非晶合金形成的依据

1.2.3非晶合金的结构模型

1.3 研究目的与意义

第二章 分子动力学模拟的原理及结构表征手段

2.1 分子动力学模拟的基本原理

2.1.1势函数

2.1.2 系踪及周期性边界条件

2.1.3控温控压技术

2.2分子动力学模拟的结构表征手段和分析技术

2.2.1 径向分布函数

2.2.2 配位数

2.2.3 H-A键对分析

2.2.4 Voronoi多面体分析

2.3 计算参数设置及研究内容

2.3.1 计算参数设置

2.3.2 研究内容

第三章 计算结果与数据分析

3.1 不同冷却速率对Cu₄₆Zr₅₄室温结构的影响

3.1.1不同冷却速率下体系势能随温度变化关系

3.1.2冷却速率对Cu₄₆Zr₅₄非晶室温下径向分布函数的影响

3.1.3 不同冷却速率对Cu₄₆Zr₅₄非晶室温下键对含量的影响

3.1.4室温下不同冷却速率的Voronoi多面体指数

3.2 Cu₄₆Zr₅₄不同冷却速率下的玻璃化转变温度

3.3 Cu₄₆Zr₅₄的结构演化及短程序遗传

3.3.1冷却速率为1E11 K/s时不同温度的径向分布函数

3.3.2冷却速率为1E11 K/s时键对含量随温度的变化

3.3.3冷却速率为1E11 K/s时不同温度下的多面体指数

3.3.4室温下冷却速率为1E11 K/s时的多面体指数

第四章 结论

参考文献

致谢

第一章 绪论

1.1非晶合金概述

非晶态合金具有极高的强度和硬度^[1]，但是高强度的合金往往难以进行加工变形，然而非晶合金不同，经过加热后其韧性和塑性会得到明显的提高，这又赋予了它良好的机械加工能力^[2]。因此，非晶合金具有重要的研究的意义，并且能够很好的应用于实际生产和生活。

而在这之中，Cu基非晶合金经过一系列的对照和比较，因为其具有的成本价格较低、强度和硬度较好、延展性（可加工性能）优秀等诸多优点^[3]，逐渐成为非晶合金研究和应用领域中的热门的课题，被广泛认为是一种具备很大潜力的、能够有着很多实际价值和应用的新型结构材料^[4]。

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