Er-Al-Co 块体非晶合金的磁热效应

利用水冷铜模铸造法制备了一系列不同成分的Er-Al-Co 三元块体非晶合金, 研究了该系列合金的非晶形成能力和磁热效应. 结果表明, 在磁场诱发下, 该系列非晶合金在9 K 左右发生了顺磁-铁磁性二级磁性转变. 由于具有较高的有效磁子数, 该系列非晶合金具有优异的磁热效应, 其中Er₅₆Al₂₄Co₂₀ 非晶合金最大磁熵变和磁致冷能力分别为16.06 J kg^-1 K^-1和465.7J kg^-1, 是氢液化区有竞争力的磁致冷候选材料.     

Al-Ni非晶合金的原子堆垛结构及密度的第一性原理分子动力学模拟

在Al基非晶合金中，Al-Ni系的非晶形成能力（GFA）相比其他系列较佳，但是目前对Al—Ni二元合金系的原子排列、玻璃转变和堆垛密度与成分之间的内在联系，至今还未形成系统的认识．本文利用第一性原理分子动力学（AIMD）模拟方法对AlxNi100-x（x=80，83，85，86，87，90）二元非晶合金的原子堆垛结构和密度进行了研究．双体分布函数和Voronoi多面体分析表明，在该非晶合金系中存在明显的拓扑和化学短程有序，拓扑短程序主要是由以Al原子为中心的类似二十面体结构和以Ni原子为中心的三棱体覆盖三个半八面体（TTP）结构组成．在该合金系非晶中A-与Ni原子间存在强烈的化学交互作用，Al—Ni原子对键长小于原子半径和，化学有序随着Ni含量的增加呈现增加的趋势．AIMD计算结果表明，当x=85时，合金的堆垛密度出现了峰值，偏离了直线规律．综合结构特征和密度特征，从理论上推断，当Al含量为84％～86％时，合金的非晶形成能力较好，可以推广至多元合金体系．     

大块金属玻璃及高熵合金的合金化作用

摘要研究了合金化对大块金属玻璃和高熵合金的组织和性能的影响．结果表明Nb元素能有效改善W纤维／Zr基大块非晶复合材料的界面结合状态,从而改善材料的力学性能;稀土Y元素大的原子半径,使合金形成的晶体产生附加的晶格畸变能,从而降低晶体的稳定性,进而使得合金玻璃形成能力也相应提高,所产生晶格畸变能的大小与形成晶体的致密度有关;Mg基大块非晶合金可以通过合金化生成长周期相韧化的复合材料,从而具有优异的塑性变形能力和比强度;高熵合金通过适当合金化手段能够形成以无序固溶体为主的组织,并具有不弱于大块非晶合金的室温力学性能．     

V-Ti-Cr系储氢合金吸氢动力学机制研究

通过试验测试及动力学方程计算,研究了(TiCr)1-xVx(x=0.05,0.10,0.35)V-Ti-Cr系合金吸氢动力学机制.结果显示,随着钒含量的增加,合金由莱维氏单相结构逐渐转变为莱维氏相和低钒含量的体心立方(BCC)固溶体两相结构,最终转变为高钒含量的BCC固溶体单相结构.相应地,其吸氢机制也由化学反应控制,逐渐转变为形核长大机制,最终转变为三维扩散机制.相结构的变化同吸氢机制的变化有一定的对应关系,吸氢动力学机制不同,表现出吸氢速率不同,化学反应控制的吸氢过程速度较快,三维扩散机制控制的吸氢过程速度较慢.     

非经典结晶理论和液态多组元化学短程序问题

以非经典结晶形核理论和过冷液态或非晶结构的短程序偏聚区为理论引线,重点讨论了界面能,母相内部的短程序偏聚区对形核的影响,由此提出了一些制备纳米晶块体材料的途径,试验结果表明,利用这些方法制备亚μm级以下的超细晶块体铸件,甚至纳米晶块体铸件是完全可能的.     

超常塑性Mg77Cu12Zn5Y6块体金属玻璃基内生复合材料

报道了一种具有超常塑性的Mg₇₇Cu₁₂Zn5Y₆块体金属玻璃(BMG)基内生复合材料, 该材料的压缩塑性和比强度分别为18.5%和4.31×10⁵ N·m·kg^-1, 是迄今为止在Mg基BMG复合材料中所获得的最高压缩塑性和比强度. 这些高性能源于由非晶基体与宽度小于500 nm的针状Mg基固溶体相组成的复合结构. 针状相本身具有应变强化作用, 它导致了多方向剪切带的形成, 有效地阻碍非晶基体中剪切带的扩展, 使复合材料形变过程中出现了明显的加工硬化现象.     

铝、锆液固态转变和动力学性质的第一性原理分子动力学研究

采用第一性原理分子动力学(Ab Initio Molecular Dynamics,AIMD)方法研究了Al和Zr液固转变过程中的能量、偶关联函数、结构因子和键对分布的变化规律,获得了不同温度下两种金属液体的扩散系数和黏度.结果表明,AIMD计算得到的液态金属偶关联函数、结构因子和扩散系数与实验测量数据符合得很好.在冷速为5.0×1013和2.5×1013K/s时,液态Al分别在730K附近发生玻璃化转变或者形成有一定缺陷的fcc晶体结构.在平均冷却速率为4.3×1013和2.0×1014K/s的条件下,液态Zr在1200K时分别开始转变为热力学上亚稳定的bcc结构和玻璃相.Zr的液态和玻璃态结构中二十面体和bcc类型短程序是其主要拓扑短程序.     

Zr基金属玻璃原子结构研究

摘要报道了利用经典分子动力学、逆蒙特卡罗模拟与第一性原理分子动力学模拟、以及高分辨透射电镜技术等对Zr-Ni和Zr-Ti—Al—Cu—Ni金属玻璃的原子结构进行的研究．重点研究了玻璃结构中的短程序结构（SRO）与中程序结构（MRO）,研究表明,在Zr基金属玻璃中存在着二十面体、FCC和BCC型多种短程序结构．基于分子动力学模拟,提出了缺位有序（IOP）结构模型,并对非晶合金的晶化过程中IOP结构到纳米晶的转变过程进行了研究．发现IOP结构经过3个阶段转变成纳米晶：先是沿某个优先生长方向转变成一维周期有序结构,进而发展成二维周期有序结构,最终转变成三维周期有序的纳米晶体,而且这3个阶段是相互交错同时进行的．     

过冷金属熔体中枝晶生长的各向异性效应

基于Karma-Rappel相场模型,模拟了纯金属在量纲为1过冷度为0.45时等轴枝晶生长过程中晶粒形貌和温度场的变化. 研究了不同各向异性条件下等轴晶晶粒形貌的演化过程. 模拟结果显示,各项异性系数的大小对晶粒的形貌有重要影响. 当各项异性为0.05时,枝晶在生长过程中出现了"颈缩"现象,枝晶中温度梯度最大的方向总是与最优生长方向保持一致.     

铸造共晶铝硅合金中析出相对断裂行为的影响

通过对铸造共晶Al-Si合金断口及析出相的分析研究了拉伸过程中基体内析出相的断裂特点.结果发现：拉伸过程中基体内初、共晶硅以穿晶断裂为主,这与颗粒内部存在的结构缺陷有关;直径小于2.0μm的初晶硅能够抑制二次裂纹的扩展.块状富铁相表现出穿晶断裂特点,鱼骨状富铁相中的微裂纹沿一次枝晶轴向生长.富铜相对裂纹扩展具有强烈地偏折作用;以富铁相为核心析出的富铜相能抑制富铁相中微裂纹的形成.提高合金中Cu含量可以降低富铁相的有害作用,改善合金的力学性能.