The structure of the Zr-Cu-Al melts in the glass forming range of concentrations.

Ігор Штаблавий; Назар Попільовський; Степан Мудрий; Омельян Поплавський

doi:10.15330/pcss.23.2.416-423

Автор(и)

Ігор Штаблавий Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна
Назар Попільовський Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна
Степан Мудрий Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна
Омельян Поплавський Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.23.2.416-423

Ключові слова:

металеві сплави, атомна структура, координаційні числа, кластерна будова

Анотація

Методом молекулярної динаміки досліджено структуру ближнього порядку розплавів Zr_47,5Cu_47,5Al₅та Zr₄₀Cu₄₀Al₂₀. На основі отриманих результатів розраховано парціальні парні кореляційні функції та розподіли парціальних координаційних чисел. Основні структурні параметри визначені з вказаних функцій порівняли з аналогічними параметрами для аморфних сплавів. За результатами досліджень встановлено наявність в розплавах як гомокоординованих так і гетеро координованих кластерів, які формують кластерний розчин. Зроблено припущення про наявність гетерокоординованих ікосаедричних кластерів.

Посилання

Z. Altounianand, J. O. Strom-Olsen, Superconductivity and spin fluctuations in M−Zr metallic glasses (M=Cu,Ni,Co,and Fe), Phys. Rev. 27, 4149 (1983); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.27.4149.

K H J Buschow, Short-range order and thermal stability in amorphous alloys, Journal of Physics F: Metal Physics 14(3), 593 (1984); https://doi.org/10.1088/0305-4608/14/3/005.

D. Xu, B. Lohwongwatana, G. Duan, W L. Johnson, C. Garland, Bulk metallic glass formation in binary Cu-rich alloy series – Cu100−xZrx (x=34, 36, 38.2, 40 at.%) and mechanical properties of bulk Cu64Zr36 glass, Acta Mater 52(9), 2621 (2004); https://doi.org/10.1016/j.actamat.2004.02.009.

D. Wang, Y. Li, B. B. Sun, M. L. Sui, K. Lu, Bulk metallic glass formation in the binary Cu–Zr system, Appl Phys Lett 84, 4029 (2004); https://doi.org/10.1063/1.1751219.

Y. Li, Q. Guo, J. A. Kalb, C. V. Thompson, Matching Glass-Forming Ability with the Density of the Amorphous Phase, Science 322, 1816 (2008); 10.1126/science.1163062

Inoue, W. Zhang, Thermal Stability and Mechanical Properties of Cu-Zr and Cu-Hf Binary Glassy Alloy Rods, Mater Trans Jpn Inst Metals 45, 584 (2004); https://doi.org/10.2320/matertrans.45.584.

M. B. Tang, D. Q. Zhao, M. X. Pan, W. H. Wang, Binary Cu–Zr Bulk Metallic Glasses, Chin Phys Lett 21, 901 (2004); https://doi.org/10.1088/0256-307X/21/5/039.

G. Duan, D. Xu, Q. Zhang, G. Zhang, T. Cagin, W. L. Johnson, et al., Molecular dynamics study of the binary Cu46Zr54 metallic glass motivated by experiments: Glass formation and atomic-level structure, Phys Rev B. 71, 224208 (2005); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.71.224208.

I. Kaban, P. Jóvári, V. Kokotin et al., Local atomic arrangements and their topology in Ni–Zr and Cu–Zr glassy and crystalline alloys, Acta Materialia 61, 2509 (2013); http://dx.doi.org/10.1016/j.actamat.2013.01.027.

J. Galvan-Colin, A. A. Valladares, R. M. Valladares, A. Valladares, Short-range order in ab initio computer generated amorphous and liquid Cu–Zr alloys: A new approach, Physica B 475, 140 (2015); http://dx.doi.org/10.1016/j.physb.2015.07.027.

L. Ward, D. Miracle, W. Windl, O. N. Senkov and K. Flores, Structural evolution and kinetics in Cu-Zr metallic liquids from molecular dynamics simulations, Phys. Rev. B. 88, 134205 (2013); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.134205.

A. Mizuno, T. Kaneko, S. Matsumura, M. Watanabe, S. Kohara, M. Takata, Structure of Zr-Cu and Zr-Ni liquid alloys studied by high-energy x-ray diffraction, Materials Science Forum, 561-565, 1349 (2007); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.561-565.1349.

Q. K. Jiang, X. D. Wang, X. P. Nieetal, Zr–(Cu,Ag)–Al bulk metallic glasses, Acta Materialia 56, 1785 (2008); https://doi.org/10.1016/j.actamat.2007.12.030.

Y. Yokoyama, T. Yamasaki, P. K. Liaw, R. A. Buchanan, A. Inoue, Glass-structure changes in tilt-cast Zr–Cu–Al glassy alloys, Materials Science and Engineering A, 449–451, 621 (2007); 10.1016/j.msea.2006.02.422.

L. Q. Xing, P. Ochin, J. Bigot, Effects of Al on the glass-forming ability of Zr-Cu based alloys, Journal of Non-Crystalline Solids, 205-207(2), 637 (1996); https://doi.org/10.1016/S0022-3093(96)00382-1.

J. Antonowicz, D. V. Louzguine-Luzgin, A. R. Yavari, K. Georgarakis, M. Stoica, Atomic structure of Zr–Cu–Al and Zr–Ni–Al amorphous alloys, Journal of Alloys and Compounds, 471, 70 (2009); 10.1016/j.jallcom.2008.03.092.

L. Yang, C. Huang, G. Guo, Investigation on the atomic structural evolution of as-prepared and annealed ZrCuAl metallic glasses, J. Mater. Res. 27(8), 1164 (2012); https://doi.org/10.1557/jmr.2012.14.

K. Georgarakis, A. R. Yavari, D. V. Louzguine-Luzgin, J. Antonowicz, Atomic structure of Zr–Cu glassy alloys and detection of deviations from ideal solution behavior with Al addition by x-ray diffraction using synchrotron light in transmission, Applied physics letters 94, 191912 (2009); http://dx.doi.org/10.1063/1.3136428.

J. Antonowicz, A. Pietnoczka, W. Zalewski, R. Bacewicz, M. Stoica, K. Georgarakis, A.R. Yavari, Local atomic structure of Zr–Cu and Zr–Cu–Al amorphous alloys investigated by EXAFS method, Journal of Alloys and Compounds 509(1), 34 (2011); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.10.105.

Y. Q. Cheng, E. Ma, H.W. Sheng, Atomic Level Structure in Multicomponent Bulk Metallic Glass, Phys. Rev. Lett. 102, 245501 (2009); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.245501.

C. C. Wang, C. H. Wong, Interpenetrating networks in Zr-Cu-Al and Zr-Cu metallic glasses, Intermetallics 22, 13 (2012); https://doi.org/10.1016/j.intermet.2011.10.022.

L. Ren, T. Gao, R. Ma, Q. Xieand, X. Hu, The icosahedral short-range order and its local structures in Cu50Zr40Al10 alloy, Mater. Res. Express 6 , 016510 (2019); https://doi.org/10.1088/2053-1591/aae2ca.

Web-source: https://www.lammps.org/.

B. Jelinek, S. Groh, M. F. Horstemeyer, J. Houze, S. G. Kim, Modified embedded atom method potential for Al, Si, Mg, Cu, and Fe alloys, Physical Review B 85(24), 245102 (2012); 10.1103/physrevb.85.245102.

A. Stukowski, Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO-the Open Visualization Tool, Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering 18(1), 015012 (2010); https://doi.org/10.1088/0965-0393/18/1/015012.

F. R. Boer, R. Boom, W. C. M. Mattens, A. R. Miedema, A. K.Niessen, Cohesion in Metals North-Holland, (Amsterdam, 1988).

I. Kaban, P. Jóvári, B. Escher, D. T. Tran, G. Svensson, Atomic structure and formation of CuZrAl bulk metallic glasses and composites, Materialia 100, 369 (2015); http://dx.doi.org/10.1016/j.actamat.2015.08.060.

V. M. Goldschmidt, Crystal structure and chemical constitution, Transactions of the Faraday Society 25, 253 (1929); https://doi.org/10.1039/TF9292500253.