Hand in Hand Evolution of b-relaxation and Boson Peak in Metallic Glasses
玻色子峰和β弛豫是玻璃的两种固有的和明显不同的动力学模式,它们的结构起源是长期存在的问题。通过对不同类型元素微合金化的模型金属玻璃的原子堆积进行调节,发现低温玻色子热容峰与高温β弛豫同时演化。揭示了玻色子峰值温度与β-弛豫激活能之间的线性相关性。玻色子峰和β弛豫的耦合表明它们共同的结构起源于金属玻璃中的松散堆积区。
2015-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Predicting CaO-(MgO)-Al2O3-SiO2 glass reactivity in alkaline environments from force field molecular dynamics simulations
在这项研究中,基于力场的分子动力学(MD)模拟已被用于生成一系列非晶四元CaO-MgO-Al_2 O_3-SiO_2(CMAS)和三元CaO-Al_2 O_3-SiO_2(CAS)玻璃的详细结构表示。模拟结果与选定的实验X射线和中子总散射和文献数据的比较表明,MD生成的结构已经捕获了这些CMAS和CAS玻璃的关键结构特征。基于MD生成的结构表示,我们开发了两个结构描述符,具体地说,(i)平均金属氧化物离解能(AMODE)和(ii)熔化时所有原子的平均自扩散系数(ASDC)。这两种结构描述符被认为是更准确地预测的相对玻璃反应性比常用的解聚度参数,特别是对于八个合成CAS玻璃,跨越宽的组成范围。因此,这些描述符具有很大的希望预测CMAS和CAS玻璃在碱性环境中的反应性,从组成信息。
2021-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Transformation-mediated Plasticity in CuZr based Metallic Glass Composites: A Quantitative Mechanistic Understanding
在本文中,我们提出了一个彻底的应力分析的Cu-Zr金属玻璃复合材料与嵌入B2颗粒进行马氏体相变。在Eshelby理论的框架内,我们能够以定量的方式解释,(1)在Cu-Zr金属-玻璃复合材料中观察到的三种不同形态的剪切带的形成;(2)Cu-Zr金属-玻璃复合材料的加工硬化能力。玻璃复合材料与弹性背应力和马氏体相变引起的弹性失配的耦合效应有关。此外,我们还讨论了单个B2相的应力影响区和晶-非晶界面的稳定性问题。由于理论和实验结果之间的一般协议,我们相信,我们目前的工作成果可以导致更深入的理解在Cu-Zr基金属玻璃复合材料的相变诱导塑性,这应该是非常有用的金属玻璃复合材料的设计与改善的延性。
2016-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Bulk metallic glass-like structure of small icosahedral metallic nanoparticles
我们证明了非常小的金属纳米颗粒和大块金属玻璃(BMG)之间的总X射线散射方法测量的结构显着的等效性,从而连接两个不同的领域,两者都有新的光。我们的研究结果表明,对于纳米颗粒直径<5 nm的Ni纳米颗粒的结构从fcc的特征BMG样结构的变化,尽管它们是由一个单一的元素,我们称之为纳米金属玻璃(NMG)形成的效果。然而,高分辨率的TEM图像的NMG集群表现出晶格条纹表示局部有序,而不是玻璃状,结构。这些看似矛盾的结果可能会被调和,找到一个局部有序的结构,是高度各向同性的,我们表明,当地的二十面体包装内5原子壳解释了这一点。由于这种结构仅在表面附近稳定,这突出了BMG中自由体积的存在对于稳定类似的局部簇的重要性。
2013-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Local stress analysis in Cu$_{50\%}$Zr$_{50\%}$ metallic glass under shear strain by means of first principle modeling
金属玻璃在应力作用下发生弹性变形。然而,金属玻璃弹性性质的原子水平起源仍然不清楚。在本文中使用{ \em ab initio}分子动力学模拟的Cu $_{50}$ Zr $_{50}$金属玻璃在剪切应变下,我们表明,非均匀应力松弛的结果增加的电荷转移从Zr到Cu原子,增强软化的剪切模量。讨论了非仿射形变引起的组分短程有序和原子位置的变化。结果表明,Zr子系统表现出刚性的行为,而从它们的初始位置的Cu原子的位移,诱导的应变,提供应力下降和软化。
2020-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Geometrical Frustration in Liquid Fe and Fe-Based Metallic Glass
采用从头算方法研究了液态和过冷液体铁及铁基金属玻璃中的短程有序。我们分析数据以量化局部二十面体和多四面体有序度,并了解合金化在控制几何挫折程度方面的作用。比较元素铁铜,我们发现,在铁比在铜的二十面体的顺序的程度更大,可能是因为二十面体向错线缺陷更容易纳入BCC环境比FCC。在铁基金属玻璃形成合金(FeB和FeZrB),我们发现,引入小浓度的小B原子和大Zr原子控制本地二十面体秩序的挫折。
2007-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Introduction to bulk metallic glass composite and its recent applications
块体金属玻璃(BMG)材料是近年来研究的热点,更不用说BMG基复合材料,它进一步提高了BMG材料的磁性能和力学性能。BMG及BMG基材料由于具有高强度、低密度、耐高温和耐腐蚀等优异性能,是现代工业中发展迅速、前景广阔的材料。本文综述了近年来发展起来的几种非晶合金及其基体材料的加工和应用。
2011-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Structure, Dynamics, and Aging Behavior of Metallic Glass Thin Films
扫描隧道显微镜(STM)观察解决了金属玻璃Cu $_{100-x}$ Hf $_{x}$膜的结构和动力学,并证明STM控制在金属玻璃表面的老化。表面团簇表现出异质跳跃动力学。低铪浓度薄膜的特点是较大的,较慢的集群老化的表面。氩离子溅射破坏了老化的配置,产生一个表面在不断的波动。STM可以局部恢复松弛状态,允许老化部分的纳米级光刻定义。
2016-09-21 cond-mat.mtrl-sci
From metallic glasses to nanocrystals: Molecular dynamics simulations on the crossover from glass-like to grain-boundary-mediated deformation behaviour
纳米晶体金属含有大部分的高能晶界,其可以被认为是玻璃相。因此,随着晶粒尺寸的减小,已经提出了纳米晶体的变形行为与金属玻璃的变形行为的交叉。在这里,我们研究这种交叉使用分子动力学模拟大块玻璃,玻璃-晶体纳米复合材料,纳米晶体的Cu 64 Zr 36与不同的晶体体积分数引起的长时间的热退火。我们发现,晶界相的行为像一个金属玻璃的约束下,邻接的微晶。从类玻璃到晶界介导塑性的转变可分为三个阶段:(1)对于低结晶体积分数,系统类似于玻璃-晶体复合物,塑性流动局限于非晶相;(2)随着结晶体积分数的增加,微晶簇变得拥挤,力学响应主要取决于玻璃晶界的松弛状态;(3)当晶粒尺寸为$\geq$ 10 nm时,系统完全堵塞,禁止纯晶界塑性,而是导致共变形。我们观察到的逆霍尔-佩奇效应,只有在第二政权时,晶界没有深深放松。因此,不同晶界状态的实验结果在此范围内不具有直接可比性。
2018-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Interface-controlled creep in metallic glass composites
在这项工作中,我们提出了分子动力学模拟的$\rm Cu_{64}Zr_{36}$金属玻璃复合材料的蠕变行为。令人惊讶的是,所有复合材料都表现出比均匀玻璃高得多的蠕变速率。玻璃-晶体界面可以被视为弱界面相,其中剪切转变区的活化势垒低于周围玻璃中的活化势垒。我们观察到,复合材料的蠕变行为不仅取决于界面面积,但也对界面相对于加载轴的取向。我们提出了一个解释,在不同的平均施密特因子的接口,与非晶界面区域作为优先滑移网站。
2018-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Sub-micron strain analysis of local stick-slip motion of individual shear bands in a bulk metallic glass
纳米点沉积在一个矩形样品的侧表面上和数字图像相关性被用来量化与剪切带在PdNiP块体金属玻璃中的传播相关联的面内应变场,引起轧制。在平均点间距离为100 nm的分辨率范围内,变形高度集中在剪切带处,而在100 ~ 400 nm的范围内,剪切带处出现了具有相反局部剪切应变的交替区域,这一现象证实了金属玻璃变形过程中,甚至轧制过程中剪切带传播的局部粘滑性质。
2015-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Special Glass Structures for First Principles Studies of Bulk Metallic Glasses
本文提出通过MD生成目标几何描述符并用RMC优化小胞结构,以替代大超胞模拟块体金属玻璃,从而在MAST软件包中实现高效且准确的第一性原理性质计算。
2023-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Microalloying effect in ternary Al-Sm-X (X=Ag, Au, Cu) metallic glasses studied by ab initio molecular dynamics
采用从头算分子动力学(AIMD)方法,研究了类二十面体多面体分数(ICO分数)作为预测Al 90 Sm 8X 2(X = Al(二元),Cu,Ag,Au)块体非晶形成能力的判据.我们发现,可以以足够的精度确定ICO样分数,以探索与AIMD模拟的相关性。然后,我们证明了ICO样分数与临界冷却速率相关,临界冷却速率是玻璃形成能力的广泛使用的内在量度。这些结果表明,来自AIMD模拟的ICO样部分可以为搜索和筛选良好的玻璃形成剂提供有用的指导。
2020-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Predicting Bulk Metallic Glass Forming Ability with the Thermodynamic Density of Competing Crystalline States
尽管经过二十年的研究,金属玻璃的形成,非常有前途的工业应用系统,仍然是大部分无法解释的。这种知识的缺乏阻碍了对新系统的探索,新系统仍然是通过组合试验和错误来执行的。过去,人们推测结晶过程中的某种“混乱”可能在它们的形成过程中起着关键作用。在这篇文章中,我们提出了一个启发式描述量化这种混乱。它是基于“竞争结晶态的热力学密度”,从高通量从头计算参数化。高度非晶简并但几何形状不同的相的存在阻碍了结晶过程并促进玻璃形成。两个测试床被认为是。一个好的和坏的玻璃形成,CuZr和NiZr,实验特征在于高通量合成。实验结果证实了启发式描述符在预测玻璃形成能力,通过组成空间的能力。我们的分析有望加深对潜在机制的理解,并加速发现新的金属玻璃。
2016-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Short-Range Order Structure Motifs Learned from an Atomistic Model of a Zr$_{50}$Cu$_{45}$Al$_{5}$ Metallic Glass
使用称为基序提取的新结构分析方法从原子模型中学习Zr $_{50}$ Cu $_{45}$ Al $_{5}$金属玻璃的结构基序,该方法采用点模式匹配和机器学习聚类技术。这些图案是玻璃的最邻近的构建块,并且揭示了作为配位数的函数的明确的结构层次。一些基序是二十面体或准二十面体的结构,而另一些基序则是每个配位数的最紧密堆积的几何结构。这些结果为在金属玻璃中开发更清晰的结构-性能联系奠定了基础。模体提取可以应用于任何无序材料,以识别其结构模体,而无需人工输入。
2019-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Similar Atom Substitution on Glass Formation in (La-Ce)-Al-Co Bulk Metallic Glasses
采用铜模铸造法分别确定了La-Al-Co、Ce-Al-Co和准三元(La-Ce)-Al-Co系镧基和铈基块体非晶合金的玻璃形成范围。通过在(La_xCe_(1-x))_(65)Al_(10)Co_(25)合金(0<x<1)中用La逐步取代溶剂Ce,可成功地用倾斜浇注法制备出直径达25 mm的(La_(0.7)Ce_(0.3))Al_(10)Co_(25)合金全玻璃棒材。与单一镧系合金La 65 Al 10 Co 25和Ce 65 Al 10 Co 25的玻璃形成能力相比,具有相似原子尺寸和不同价电子结构的La和Ce的共存明显提高了(LaxCe 1-x)65 Al 10 Co 25非晶合金的玻璃形成能力,这不能用以往的非晶合金玻璃形成判据(如原子尺寸失配和负混合热)来解释。提出了一个热力学模型来评价这种替代效应,这对相似原子共存引起的GFA的明显提高给出了合理的解释。
2006-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Low temperature heat capacity of severely deformed metallic glass
与德拜定律相比,非晶材料的低温热容揭示了振动态密度的低频增强(玻色子峰)。通过测量的低温热容量的Zr基大块金属玻璃相对于结晶参考状态,我们表明,玻璃的热容量是强烈增强后,严重的塑性形变通过高压扭转,而随后的热退火在升高的温度下导致显着减少。相应的分子动力学模拟的非晶Zr-Cu玻璃的详细分析表明,热容量的变化主要是由于增强的剪切带区域内的低频模式。
2014-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Shear Induced Structural Ordering of a Model Metallic Glass
我们报告的非平衡分子动力学模拟的剪切流的影响下,一个单组分玻璃体系的结果,目的是调查该系统的剪切诱导有序化。尽管温度非常低,但系统通过明确的成核事件转变为应变结晶状态。在不同的应变速率和温度下观察到的订购的各种特性进行了讨论。我们还定义和讨论了转移率。
2008-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Kondo effect in metallic glasses with non-Fermi liquid behavior
将Gd原子与4f电子微合金化到CuZrAl或MgCuY非晶合金中,它们表现出诸如近藤效应等令人困惑的行为。Gd合金系统的基态具有非费米液体的特征,这是由强的结构无序引起的。这些玻璃态合金中的近藤效应归因于强烈的结构无序。近藤效应和强结构无序的共存对于理解令人困惑的非费米液体行为的起源具有意义。
2010-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Ultrastable Metallic Glass Nanoparticles with Size-Dependent Mechanical Properties
金属玻璃的原子结构与强度和延展性等性能密切相关。在这里,两种不同尺寸的Ni 1-xBx金属玻璃纳米颗粒在准流体静力高压条件下压缩,以了解应力下的结构变化。使用原位高压X射线衍射(XRD)跟踪纳米颗粒的结构变化。由XRD产生的环境压力对分布函数表明,较小尺寸的纳米颗粒具有更紧密的非晶结构,配位数更低。XRD表明,非晶结构是稳定的,达到最大压力。发现较小和较大尺寸的纳米颗粒的体积模量分别为208 GPa和178 GPa。这种尺寸依赖的高压行为与纳米颗粒之间的组成差异有关。这些结果表明,Ni 1-xBx金属玻璃纳米颗粒在压力下是高度稳定的,这使得它们能够用作金属或陶瓷基复合材料中的夹杂物。
2022-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Metallic glasses for biodegradable implants
金属玻璃由于其固有的强度和耐腐蚀性而成为生物医学植入物应用的优秀候选者。然而,金属玻璃在结构应用中的使用是有限的,因为体积尺寸难以实现。玻璃形成能力(GFA)随合金成分变化很大,并且随着系统中化学物质数量的增加而变得更加难以预测。在这里,我们提出了一个理论模型-在AFLOW框架中实现-用于预测基于晶相之间的竞争的GFA,并将其应用于生物相关的二元和三元体系。弹性性能估计的基础上的规则的混合物的合金系统被预测为散装玻璃形成。专注于用于可生物降解骨科支撑应用的钙和镁基系统,我们建议进一步研究AgCaMg和AgMgZn系列合金;以及基于以下成分的合金:Ag $_{0.33}$ Mg $_{0.67}$、Cu $_{0.5}$ Mg $_{0.5}$、Cu $_{0.37}$ Mg $_{0.63}$和Cu $_{0.25}$ Mg $_{0.5}$ Zn $_{0.25}$。
2019-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Predicting the location of shear band initiation in a metallic glass
我们报告原子模拟结果表明,剪切带的位置在金属玻璃(MG)可以确定具有相当高的精度,仅从未变形的静态结构。观察到模拟MG中剪切带起始的位置与基于我们最近的工作中设计的深度学习模型先验识别的应力驱动剪切转化的肥沃位点密度(DFS)的初始分布之间的相关性[Fan和Ma,Nat.Commun. 12,1506(2021)]。此外,我们证明,人们可以判断是否玻璃是脆性或韧性仅根据其初始DFS分布。这些验证,剪切带在MG产生的非线性不稳定性,以及淬火玻璃结构包含影响这些不稳定性的不均匀性。这项工作还揭示了一个重要的微妙之处,关于非热准静态剪切模拟的非确定性。
2022-03-23 cond-mat.mtrl-sci
A Machine Learning Framework for Predicting Glass-Forming Ability in Ternary Alloy Systems
本文提出基于随机森林和极端梯度提升的机器学习方法,用于预测三元氧化物玻璃的玻璃形成能力,揭示了电负性变异等关键特征对预测性能的影响。
2025-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Glass Hardness: Predicting Composition and Load Effects via Symbolic Reasoning-Informed Machine Learning
玻璃硬度随着化学成分和施加的载荷以非线性方式变化,这种现象称为压痕尺寸效应(ISE),这是定量预测的挑战。在这里,使用一个超过约策展的数据集。3000无机玻璃的文献,包括组成,压痕载荷,和硬度,我们开发机器学习(ML)模型来预测组成和载荷依赖性的维氏硬度。有趣的是,当对训练过程中看不见的新玻璃成分进行测试时,标准数据驱动的ML模型未能捕获ISE。为了解决这一差距,我们结合了一个经验表达式(伯恩哈特定律)来描述ISE与ML,以开发一个框架,该框架包含了代表ML中域推理的符号定律,即符号推理通知ML过程(SRIMP)。我们表明,由此产生的SRIMP在预测ISE方面优于数据驱动的ML模型。最后,我们解释SRIMP模型,以了解玻璃网络形成者和改性剂对成分和负载依赖性(ISE)和负载无关性硬度的贡献。将硬度解卷积为负载相关和负载无关项为全面理解玻璃中的成分和ISE铺平了道路,从而能够加速发现具有目标硬度的新玻璃成分。
2023-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Shear band relaxation in a deformed bulk metallic glass
结合放射性示踪剂扩散和分子动力学(MD)模拟研究了Pd 40 Ni 40 P20大块金属玻璃中剪切带的弛豫,首次确定了变形玻璃中沿剪切带扩散的有效激活焓。在低于玻璃化转变温度的退火过程中的剪切带松弛和扩散增强意外地揭示了一个非单调的行为。剪切带的发展和随后的应力松弛关闭剪切后,其特征在于微观到介观的长度尺度上的MD模拟模型玻璃进行恒定的应变速率。均方位移以及应变图表明,剪切系统中的剪切带所表现出的不均匀性,剪切关闭后持续存在。我们观察到的残余应力,保持本地化的剪切带之前已经存在的区域中的进一步放松,虽然该系统是-不同的宏观实验-均匀的局部密度。这些结果表明,即使在局部尺度上,人们可能会期望在变形的玻璃态固体由于剪切带强烈的动态不均匀性。因此,结果表明,塑性变形的金属玻璃呈现多非晶系统,这需要类似于多相材料的描述,包括异相界面的存在。
2015-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure-specific mechanisms define multistage relaxation dynamics in a metallic model-glass
Federal Institute of Materials Research and Testing (BAM)(联邦材料研究和测试研究所);Technical University of Munich(慕尼黑工业大学);University of Illinois at Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校)
通过模拟X射线光子相关光谱和三维衍射斑纹分析,揭示了金属玻璃在等温退火中由热振动、玻璃网络演化和结构化学有序化构成的三阶段弛豫机制。
2026-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Predicting Complex Relaxation Processes in Metallic Glass
弛豫过程显著影响玻璃材料的性质。然而,了解它们的具体起源是困难的,更具有挑战性的是从理论上预测它们。在这项研究中,使用微秒级分子动力学模拟和精确的多体相互作用势,我们预测Al $_{\text{90}}$ Sm $_{\text{10}}$金属玻璃将具有复杂的弛豫行为:除了主($α$)松弛,玻璃(i)显示出明显的次级(ii)表现出伴随$β$弛豫的反常弛豫过程($α_2$)。这两种预测都得到了实验的验证。计算模拟揭示了弛豫过程的微观起源:虽然明显的$β$弛豫归因于丰富的弦状合作原子重排,异常的$α_2$过程被发现与退耦的Al与较慢的Sm原子的快速运动。模拟和实验的结合代表了什么可能成为玻璃物理学的预测程序和不可分割的一步的第一印象。
2019-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Temperature rise in shear bands in a simulated metallic glass
与金属玻璃剪切带有关的温升($ΔT$)对金属玻璃的性能有重要影响。然而,由于剪切带的时间和空间局部化,$ΔT$的实验测量是困难的,因此,我们对$ΔT$的机制的理解是有限的。在这里,基于分子动力学模拟,我们观察到一个光谱的$ΔT$,这取决于样品的尺寸和应变速率,在剪切带的CuZr金属玻璃在拉伸。更重要的是,我们发现,剪切带的最大滑动速度与相应的$ΔT$线性相关,范围从$\sim$ 25 K到附近的熔点的样品研究。考虑到热扩散,我们预计$ΔT$将低于25 K的低端滑动速度。在高温下,剪切带分叉和/或倍增可作为负反馈机制发生,其防止温度上升到远高于熔点。
2019-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Structural evolution and kinetics in Cu-Zr Metallic Liquids
过冷液体的原子结构经常被认为是金属中玻璃形成的关键来源。二十面体配位簇的存在及其形成网络的趋势已被确定为导致Cu-Zr二元系统中玻璃形成能力的一个可能的结构特征。在这项工作中,我们表明,这一理论是不足以解释玻璃形成在所有组成的二元系统。相反,我们建议,形成理想的包装集群的代价,过量或不足的自由体积的原子排列可以解释玻璃形成类似的机制。我们表明,这种行为反映在恒压冷却过程中的金属玻璃的结构弛豫和在一个恒定的体积结构的时间演化。然后,我们证明,这一理论足以解释整个范围内的Cu-Zr金属玻璃的组合物中的扩散率减慢。
2013-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Correlation between Internal States and Strength in Bulk Metallic Glass
密度、结构弛豫和弹性常数的变化可以很好地反映大块金属玻璃的内部状态或局域结构。随着自由体积(FV)含量的增加,更多的局部原子团簇能够在金属玻璃中的不同位置同时进行塑性剪切,从而产生大的塑性。在这项工作中,我们报告了BMG的内部状态和强度之间的密切相关性,并发现屈服强度可以通过改变铸造电流而改变,揭示了BMG的屈服强度不仅与玻璃化转变内在相关,而且与内部状态,如自由体积和弹性性质。这些结果对于理解BMG内部状态与力学性能之间的关系具有一定的意义。
2013-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of Cu-Mg metallic glass: Thermodynamics and Structure
我们得到了适用于研究Cu-Mg金属玻璃的有效介质理论(EMT)原子间相互作用势参数。我们目前的热力学和结构的结果,从模拟这样的玻璃在一系列的组合物。我们用恒温恒压的分子动力学,以尽可能慢的速度从熔体中冷却,得到了低温构型。在冷却过程中,我们已经进行了热力学分析的基础上的焓和它的导数,比热,从它的玻璃化转变温度可以确定的温度依赖性。我们还进行了结构分析,使用径向分布函数(RDF)和共同邻居分析(CNA)。我们的分析表明,通常与金属玻璃相关的第二峰的分裂实际上与玻璃化转变本身没有什么关系,而仅仅是与液态中存在的结构特征相关的峰变窄的结果。事实上,Cu-Cu RDF的分裂温度远高于$T_g$。CNA还强调了金属间合金和类似组成的金属玻璃的结构之间的强烈相似性。我们还研究了过冷区的扩散系数。它的温度依赖性表明脆弱的液体行为,典型的二元金属玻璃。另一方面,在$1.5 k_B/\mathrm{at.}$附近的相对低的比热跃变表明明显的强液体行为,但这可以通过由于高冷却速率引起的转变的宽度来解释。
2003-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Influence of oscillatory shear on nucleation in metallic glasses: a molecular dynamics study
超声振动可以加速或延缓晶体的形核过程,对金属玻璃的增材制造和热塑性成形特别有吸引力,但超声振动对形核过程的影响和机理尚不清楚。采用分子动力学模拟,系统研究了两种典型二元合金在振荡外载荷作用下的时间-温度-相变(TTT)曲线的变化。玻璃形成能力依赖于外部负载的响应被发现,和最短的孕育时间是不敏感的外部负载,而相应的温度可以显着移动。在经典形核理论的框架内,提出了定量描述模拟数据的拟合公式。与稳态剪切相比,弹性应力而不是应变率是控制振荡载荷下TTT曲线演变的关键参数。此外,该模型还表明,振荡加载可以使过冷液体中的迁移率与形核过程解耦,从而在抑制形核的同时提高形成能力,这对金属玻璃的形成和制备具有重要意义。
2022-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Fe0.79Si0.07B0.14 metallic glass gaskets for high-pressure research beyond 1 Mbar
垫圈是金刚石对顶砧单元(DAC)组件的重要组成部分,负责X射线衍射研究中极端条件下样品室的稳定性。在这项工作中,我们研究了由金属玻璃制成的垫圈的性能Fe0.79Si0.07B0.14在配备传统和环形金刚石砧的DAC中进行的高压X射线衍射(XRD)实验。实验进行了单轴或径向几何与X射线束的微米至亚微米尺寸。我们报告说,Fe0.79Si0.07B0.14金属玻璃垫圈在这里描述的所有XRD实验中,即使在涉及用作压力传输介质的分子间或小分子气体(例如Ne、H2)的实验中,或者在DAC中使用激光加热的实验中,在超过1兆巴的压缩下,也能提供稳定的样品环境。这些都强调了材料对于在极端条件下进行的大量精密实验的重要性。我们的研究结果表明,Fe0.79Si0.07B0.14金属玻璃垫片在单轴和径向几何结构的XRD实验中的应用,大大提高了信噪比相比,与传统的垫圈由Re,W,钢或其他晶体金属。
2021-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Nonequilibrium plastic roughening of metallic glasses yields self-affine topographies with strain-rate and temperature-dependent scaling exponents
采用大尺度分子动力学模拟研究了初始扁平Cu $_{50}$ Zr $_{50}$金属玻璃在压缩塑性流动过程中的非平衡粗化。粗糙度出现在超过玻璃屈服点的原子级平坦界面处。一个自仿射粗糙的地形是压印在屈服,并在随后的变形过程中得到加强。压印地形的赫斯特指数随着应变率和温度的增加而降低。屈服后,均方根粗糙度幅度的增长作为所施加的应变的平方根的前因子,也随着应变速率和温度的增加而下降。我们的计算揭示了空间幂律相关性的出现,从均匀的样品在塑性流动的指数,取决于变形率和温度。结果有影响的解释和工程粗糙度配置文件。
2022-01-10 cond-mat.mtrl-sci
A new method for microscale cyclic crack growth characterization from notched microcantilevers and application to single crystalline tungsten and a metallic glass
大多数金属的寿命受到循环载荷的限制,最终导致疲劳失效。裂纹的不断扩展最终导致灾难性的破坏。提出了一种先进的方法,用于确定循环裂纹扩展的微观尺度上使用纳米压头,它允许表征> 10,000加载循环。它使用聚焦离子束制造缺口微悬臂梁。该方法已被验证的循环弯曲金属玻璃和钨微悬臂梁。实验表明,在两个样品的寿命期间,稳定的裂纹扩展。由于没有位错,金属玻璃显示出较小的塑性,但显示出由变形引起的剪切。在试验中确定的裂纹扩展速率遵循Paris幂律关系。结果是可靠的,可重复的,与宏观设置相当。由于该方法的灵活性,它适用于表征特定的微观结构特征,如单相,晶界或不同的晶粒取向。
2022-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Machine Learning Prediction of Critical Cooling Rate for Metallic Glasses From Expanded Datasets and Elemental Features
研究使用随机森林模型,基于元素特征和整合扩展至2000余条数据的数据库,预测合金形成玻璃的临界冷却速率,并成功识别出潜在的优质大块金属玻璃合金系统。
2023-05-24 cond-mat.mtrl-sci
A connection between the structural alpha-relaxation and the beta-relaxation found in bulk metallic glass-formers
已经引入了含有La或Ce的新的金属玻璃,其具有接近常规金属玻璃的极限的动态特性。这提供了机会来测试之前在分子和聚合物玻璃形成剂中建立的趋势或相关性,如果存在的话,同样存在于更广泛的金属玻璃家族中。由于金属玻璃形成体的化学和物理结构与软物质截然不同,不能保证在后者中发现的任何相关性在前者中也成立。如果发现,结果使金属玻璃更接近更广泛的玻璃形成者的性质相似,并可能有相同的解释。在非金属玻璃形成体中,已经在结构α-弛豫的非指数性参数与其弛豫时间和β-弛豫时间之间的分离之间建立了一般和基本的联系。在本文中,我们探讨了金属玻璃形成者的实验数据,并显示相关适用。这种相关性的解释。该关联式的建立有助于理解β弛豫在金属玻璃宏观性质中所起的作用,包括与剪切转变区、变形中的韧脆转变、结晶和扩散的关系。
2013-03-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Atomic-scale Deformation Process of Glasses Unveiled by Stress-induced Structural Anisotropy
由于玻璃结构的无序性质,实验解决变形玻璃的原子尺度结构变化仍然具有挑战性。在这里,我们表明,热机械变形后,结构各向异性成为不同类型玻璃(金属玻璃、氧化物玻璃、非晶硒和聚合物玻璃)的一般标志,并且与检测到的局部非仿射原子位移高度相关。高能X射线衍射技术。通过分析各向异性对密度函数,我们揭示了原子水平的机制负责的塑性流动,这显着不同的金属玻璃和共价玻璃。金属玻璃中的结构重排是通过切割和形成原子键来介导的,这发生在嵌入弹性基质中的一些局部非弹性区域中,而共价玻璃中的结构重排是通过原子键或链的旋转来介导的,而键长没有改变,这以较少的局部方式发生。
2022-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of Magnetic Glass on Partial Crystallization of a Bulk Metallic Glass: Tb36Sm20Al24Co20
对成分为Tb 36Sm 20 Al 24 Co 20的稀土块体非晶合金(BMG)进行了铸态和退火态的磁化强度对比研究。铸态非晶样品显示非遍历磁化,但没有显示预期的磁性玻璃的行为。退火后,部分结晶的BMG显示出这种磁性玻璃行为。这一点得到了已建立的不等场冷却和加热测量协议(CHUF)的证实。
2012-01-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Efficient Learning Strategy for Predicting Glass Forming Ability in Imbalanced Datasets of Bulk Metallic Glasses
本文分析了非晶块体金属玻璃数据不平衡对机器学习预测玻璃形成能力的影响,提出基于修剪数据集与主动实验迭代学习的高效策略,并建立自动化工作流程以加速新成分开发。
2024-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative measurement of density in a shear band of metallic glass monitored along its propagation direction
电子散射的定量密度测量表明,变形的Al_{88} Y_{7} Fe_{5}金属玻璃中的剪切带表现出交替的高密度区和低密度区,相对于未变形的基质,范围为-9%至+6%。剪切带从主传播方向的小偏差与密度从高于矩阵到低于矩阵的开关相一致,反之亦然,表明在传播过程中发生更快和更慢的运动(粘滑)。纳米束衍射分析提供了明确的证据,密度的变化伴随着结构的变化,表明剪切改变紧密结合的短程或中程原子团簇的包装。这与颗粒介质变形后形成的颗粒剪切带中的堆积行为有着惊人的相似之处。
2015-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Glassy nature of Ce65Al25Co10 alloy: A metallic glass
本文研究了Ce65Al25Co10金属玻璃的玻璃形成能力。采用熔融纺丝技术成功地合成了它。通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)分析,证实了Ce65Al25Co10合金中存在非晶相。使用差示扫描量热法(DSC)的合成样品的热分析显示约371 K的玻璃化转变,从而证实在室温下存在玻璃相。测试了合成样品在不同载荷下的硬度。此外,还利用硬度数据和Meyer指数计算了合成样品的屈服强度。
2021-07-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Structural Heterogeneity, Ductility, and Glass Forming Ability of Zr-Based Metallic Glasses
研究了锆基非晶合金的纳米结构异质性与其力学性能和玻璃形成能力之间的关系。中程有序(MRO),构成结构的异质性,包括使用4维扫描透射电子显微镜确定的MRO域的类型,尺寸和体积分数的详细参数,直接与Zr-Cu-Co-Al MG的延展性和玻璃形成能力。结合实验确定的MRO的细观变形模拟证实,不同类型和尺寸的MRO可以显着影响MG的力学行为。
2020-02-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Crystallization of metallic glass as a grain-boundary nucleated process: experimental and theoretical evidence for the grain structure of metallic glasses
本文通过DSC和Avrami曲线实验证明金属玻璃在晶界形核并具有晶粒结构,反驳了其均匀冻结液体的传统观点,并通过解析模型阐明了双峰和三步特征的成因。
2025-06-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Characterization of nanoscale mechanical heterogeneity in a metallic glass by dynamic force microscopy
我们报道了用动态原子力显微镜表征的金属玻璃的纳米尺度力学不均匀性。表观能量耗散的变化约为12%,源于局部粘弹性的非均匀分布,其特征在于。非均质粘弹性的相关长度被测得为~2.5{ \pm }0.3 nm,这与塑性流动的剪切转变区的尺寸是一致的。该研究首次对金属玻璃中纳米尺度的力学不均匀性进行了实验观察,并可能填补原子模型与金属玻璃宏观性质之间的空白。
2011-02-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Modelling of Thermal-Cycling Rejuvenation in Metallic Glasses
金属玻璃在环境温度和低温温度之间的循环可以在更快冷却时诱导玻璃形成的高能态特征。这种再生是出乎意料的,因为它发生在小的宏观应变和远低于热致结构变化的温度,是重要的,例如,在改善塑性。分子动力学模拟阐明了热循环可以诱导弛豫(达到较低的能量)以及再生的机制。经过数十个循环的热循环驱动局部原子重排,逐渐擦除初始玻璃结构。这主要来自于每个热循环中的加热阶段,与金属玻璃中固有的结构异质性有关。虽然,特别是,在MD模拟的时间尺度比在物理实验中短,本模拟再现许多物理观察到的效果,这表明它们可能是有用的,在优化热循环调整金属玻璃和玻璃的性能一般。
2020-12-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Structural relaxation affecting shear transformation avalanches in metallic glasses
雪崩行为,其特征在于幂律统计和结构弛豫,其导致非晶塑性中的剪切局部化,在决定非晶金属固体的机械性能(即,金属玻璃)。然而,它们之间的相互依存关系仍未得到充分理解。为了研究结构弛豫对基元雪崩行为的影响,我们采用分子动力学模拟方法,对金属玻璃的剪切变形进行了模拟,模拟中采用了两种典型的金属玻璃模型,分别是弛豫程度较低(淬火态)的玻璃和弛豫程度较好(时效态)的玻璃,这两种模型分别表现出相对均匀的变形和剪切带状的非均匀变形.从这两个玻璃模型获得的基本雪崩的数据遵循相同的幂律统计与不同的最大事件大小,以及放松玻璃显示剪切本地化。评估的空间关联函数的非仿射平方位移的原子在每个基本雪崩事件,我们观察到的形状的基本雪崩区域中的放松玻璃往往是各向异性的,而那些在较不放松的玻璃是相对各向同性的。此外,我们表明,在雪崩传播的方向出现的时间聚类,以及放松玻璃模型中存在的各向异性和雪崩大小之间的相当大的相关性。
2020-02-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Theoretical Exploration on the Magnetic Properties of Ferromagnetic Metallic Glass: An Ising Model on Random Recursive Lattice
铁磁伊辛自旋是建立在一个递归的格子由随机角度的菱形单元与随机配置,以研究块体铁基金属玻璃的磁性。自旋在结构玻璃模型上的积分很好地代表了玻璃态金属中的磁矩。采用递推计算技术对模型进行了精确求解。本文在理论基础上,通过模拟和计算,研究了非晶伊辛自旋,即玻璃态金属磁体的磁化强度。结果表明,玻璃态金属磁体的居里温度较低,磁化强度较弱,熵值较高。这些结果可以用非晶态系统的随机性来理解,并与他人的实验观察相一致。
2015-07-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Gamma relaxation in bulk metallic glasses
研究初级α-和次级β-弛豫过程对理解金属玻璃的结构和流变性有重要贡献。在这封信中,我们报告了第三种弛豫机制,即低温下损耗模量的最大值,我们称之为γ-弛豫。与α-和β-弛豫机制相反,这种不可逆的低能量激发导致宏观再生,我们将其归因于冷却期间由热应力驱动的基质中的非仿射原子重排。在三种不同的玻璃合金中观察到,低温弛豫被确定为金属玻璃中的一般过程。
2017-03-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Synthesis of Cu mono-component metallic glass by the deposition on amorphous SiO$_2$ substrate: a molecular dynamics study
在这项工作中,我们模拟的物理气相沉积(PVD)过程中的铜原子上的非晶SiO $_2$衬底。所得到的Cu薄层表现出非晶结构。模拟了Cu在2000 ~ 50 K温度范围内的液态淬火过程,并对不同冷却速率下Cu金属玻璃的形成进行了比较。从两种不同的工艺(PVD和淬火)的铜玻璃揭示了相同的径向分布函数,但不同的局部结构从Voronoi镶嵌分析。PVD玻璃具有较高的密度和较低的势能相比,熔融淬火对应,这对应于超稳定玻璃的性质。
2020-09-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
On the formation of metallic glass
本文通过解析冷却过程、分析结晶时间并提出改进的约化玻璃转变温度判据,从热力学角度揭示金属玻璃形成机制,为开发新型稳健金属玻璃提供理论指导。
2023-09-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Atomic Origin of Annealing Embrittlement in Metallic Glasses
退火脆化的原子理解是金属玻璃的一个长期问题,由于原子模型和实验室制备的样品之间的热历史之间存在不可逾越的差距,仍然缺乏。在这里,基于热循环退火方法,可以改变超过十个数量级的有效淬火速率,我们进行了原子的研究,在三元模型金属玻璃的韧脆转变,这可以键控块体金属玻璃的退火脆化。我们发现,热退火可以有效地消除热激活的“缺陷”,这是丰富的超淬火和韧性的玻璃,但引起应变产生的剪切事件,以及退火和脆性玻璃。虽然应变产生事件的激活最终导致单个剪切带,但在应力反转时,其他局部结构破坏可以通过相同类型的事件“愈合”,从而阻碍剪切带加宽或倍增,并导致退火脆化。
2022-08-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Microscopic dynamics perspective on the relationship between Poisson ratio and ductility of metallic glasses
在金属玻璃中,塑性或延展性与泊松比以及弹性体积模量与剪切模量之比K/G之间建立了明确的相关性。这两种宏观力学性能之间的这种相关性是有趣的,并且从微观水平上的动力学解释是具有挑战性的。本文提供了这样一个微观解释。
2013-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
"Butterfly Effect" in Shear-Banding Mediated Plasticity of Metallic Glasses
金属玻璃对机械应力的响应是复杂而不均匀的,塑性应变高度集中在纳米级剪切带中。与结晶固体中定义明确的变形机制相反,理解金属玻璃中的机械响应机制及其与宏观塑性的内在相关性仍然是长期存在的问题。通过实验和理论分析相结合的方法,我们发现金属玻璃中的剪切带过程呈现出复杂的混沌动力学,表现为存在环面破坏相图、正的李雅普诺夫指数和分数李雅普诺夫维数。我们还表明,实验观察到的大塑性波动的金属玻璃测试在相同的条件下,可以解释从混沌剪切带动力学,这可能会导致失控剪切带的临界条件的外观上的不确定性。从物理上讲,剪切带的混沌动力学是由剪切带内结构无序和温度升高之间的相互作用引起的。通过调节变形参数,可以将混沌动力学转化为对应于较小塑性波动的周期轨道状态。我们的研究结果表明,金属玻璃的塑性流动是一个复杂的动力学过程,这是高度敏感的初始条件,并让人联想到“蝴蝶效应”,在许多复杂的动力学系统中观察到的。
2020-03-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci