摘要: Fe基非晶态合金由于具有良好的软磁性能，近几年来引起了人们的广泛研究。现在非晶大多通过淬冷液态合金的方法得到，Fe基非晶合金中大多含B，所以研究Fe-B二元合金系中非晶形成区的熔体结构特征，对于寻求新的Fe基非晶合金具有重要的指导意义。 本... 展开 Fe基非晶态合金由于具有良好的软磁性能，近几年来引起了人们的广泛研究。现在非晶大多通过淬冷液态合金的方法得到，Fe基非晶合金中大多含B，所以研究Fe-B二元合金系中非晶形成区的熔体结构特征，对于寻求新的Fe基非晶合金具有重要的指导意义。 本文利用基于第一性原理的从头算分子动力学（AIMD）方法，辅助逆蒙特卡罗（RMC）计算机模拟等手段，研究了FeB二元合金系的熔体结构和三元FeSiB合金淬冷过程中的结构演化。 对于FeB二元合金系，通过AIMD计算得出熔体结构信息，得到了偏偶相关函数，研究发现，随着成分的变化，gFeFe（r）、gFeB（r）、gBB（r）的第二峰出现劈裂现象，并且随着B含量的增加，劈裂现象越来越明显，说明在过热熔体阶段第二峰已经开始有劈裂的迹象。通过Voronoi多面体分析发现，在B含量为10％-30％的成分范围内，Fe原子和B原子周围的局域结构具有一定的规律性。B周围几乎被三棱柱结构的Fe原子包围，Fe周围数目最多的（0，2，8，2）多面体，（0，3，6，3）多面体含量变化不大，而表征完整二十面体的（0，0，12，0）多面体指数含量很低，说明在此区域内，合金熔体中已经存在一定的主导团簇单元。研究还发现超出此区域，多面体统计表现出很强的混乱性，所以熔体通过快冷做成非晶的可能性降低。动力学性能表明，Fe原子和B原子的扩散表现出相似的变化趋势，这是由于温度很高的缘故，同时发现在B含量在10％-30％的成分范围内两种组分原子的扩散系数较低，并且数值相近，说明Fe和B原子趋向于共同运动，倾向于形成团簇，而在此区域之外，B原子的扩散系数值比Fe原子的大好几倍，一方面是由于B原子尺寸较小，另一方面，说明形成团簇的可能性降低。通过化学序的分析发现，化学短程序在50％时最为强烈，说明FeB二元合金的GFA与化学短程序变化趋势不一致，说明两者相关性不大不大，而与几何短程序的关联更大。 在前面FeB二元合金系的讨论基础上，继续通过AIMD和RMC相结合的方法研究了Fe78Si9B13合金液态到非晶态转变过程中局域结构的信息，得到了液态和非晶态时的偏偶相关函数曲线，通过对比Fe78Si9B13合金液态和非晶态的结构信息发现，Fe原子和B原子周围的局域结构变化不大，而两种状态下最显著的结构变化，就是合金在非晶态时几乎所有的Si原子只和Fe原子配位从而形成类似DO3结构的团簇单元。并且通过RMC方法，给出了Fe78B13Si9合金非晶态时组分原子三维结合图像。研究结果表明，Fe78B13Si9非晶合金中B和Si原子主要被Fe原子包围，B与Si原子彼此难以作为第一近邻，但是非晶合金中可能存在少量Si-Si原子团簇。 为了提供合金在淬冷过程中不同温度时的局域结构信息，近一步研究了Fe78SiB13合金从1473K淬冷到300K过程中的结构演变，研究发现，在1473K时，偏偶相关函数上出现了第二峰劈裂的迹象，但是在总偶相关函数上没有此类现象。随着温度的降低，Si原子周围的完整二十面体数量越来越多，B原子的周围液态时（0，3，6，0）多面体数量较多，这与Fe3B结构相似，但是在非晶态时B周围的变形（0，3，6，0）多面体成为结构特征，这是由于Si原子的作用，占据了B原子的配位层，使得结构发生变形。研究还发现，在各个计算的温度点，Fe和Si原子的扩散系数值接近，在1173K温度以上，B原子的扩散系数比Fe和Si原子的扩散系数要大得多，但是它下降的速度比Fe和Si原子的也要大得多，从1173K到873K温度区间内，三种原子扩散系数的数值趋于一致，认为这个温度范围为过冷液相区，并且873K为Fe78Si9B13合金玻璃转变温度。 收起