类金属元素影响Co-Y-B合金非晶形成能力和磁性能的机制分析

作者：马爽; 郝玮晔; 王旭东; 张伟^*; 姚曼^*

来源：Acta Physica Sinica, 2022, 71(22): 333-343.

• Co基非晶合金
• 第一性原理分子动力学模拟
• 非晶形成能力
• 磁性能

本文采用第一性原理分子动力学(ab initio molecular dynamics,AIMD)方法模拟了Co72Y3B15M10(M=B,C,Si,P)合金形成非晶的过程,探究添加类金属元素C,Si,P对Co基Co-Y-B合金非晶形成能力(glass-forming ability,GFA)和磁性能的影响,着重从原子层面分析了局域原子结构与性能的关联.计算的局域原子结构表征参数有对分布函数、配位数、化学短程序、Voronoi多面体指数、局域五次对称性和均方位移.结果表明,4种合金不同的局域原子结构特征造成其GFA的差异.Co72Y3B15C10和Co72Y3B15P10合金中棱柱结构的含量较高,B/C-C和B/P-P原子间的溶质分离性较弱,过冷态时(1100 K)原子扩散能力较强,不利于提高合金的GFA.Co72Y3B15Si10合金中畸变二十面体结构的含量较高,Co-Si原子间吸引力较强,B/Si-Si原子间具有较好的分离性,过冷态时原子的扩散能力较低,有利于提高合金的GFA.因此,添加Si元素有助于提高合金的GFA,而C和P元素的添加会降低GFA,且C元素对GFA的削弱作用更为明显.4种合金的GFA按Co72Y3B15Si10> Co72Y3B25> Co72Y3B15P10> Co72Y3B15C10的顺序依次降低.添加C,Si,P元素使体系的总磁矩均有所下降,按照Co72Y3B25> Co72Y3B15Si10> Co72Y3B15C10> Co72Y3B15P10的顺序依次递减.Co-Si原子间较强的p-d轨道杂化作用增强了磁交换耦合作用,导致添加Si元素对总磁矩的削弱作用较小.

• 单位
  大连理工大学