Çok bileşenli Cu ve Zr bazlı bulk metalik camsı alaşımlarının fiziksel özelliklerinin moleküler dinamik (MD) simülasyon metodu ile incelenmesi
Investigation of physical properties of multicomponent Cu and Zr-based bulk metallic glassy alloys by molecular dynamics (MD) method
Yazar: MURAT ÇELTEK
Danışman: PROF. DR. SERAP ŞENTÜRK DALGIÇ
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Amorf alaşımlar = Amorphous alloys ; Atomlararası potansiyel = Interatomic potential ; Kristalleşme = Crystallization ; Metalik alaşımlar = Metallic alloys ; Metalik cam = Metallic glass

Özet:
Bu tezde, çok bileşenli Cu-bazlı Cu50Zr50-xTix (x=0-50), Cu60Zr40-xTix (x=0-40), bulk metalik camsı (BMG) alaşımları ile Zr-bazlı Cu55-xZr45Agx (x=0-55) BMG alaşımları ve Cu-bazlı Cu-Ti-Zr-Ni-BMG dörtlü alaşımlarının bazı fiziksel özellikleri moleküler dinamik (MD) simülasyon yöntemiyle incelenmiştir. Sıcaklığın ve alaşım konsantrasyonun, ele alınan çok bileşenli BMG sistemlerinin erime ve soğutma sürecindeki fiziksel özelliklerine olan etkisi tanımlanmıştır. MD simülasyonlarında atomlar-arası etkileşmeleri tanımlamak için sıkı bağ (TB) çok cisim potansiyeli kullanılmıştır.Sabit parçacık sayısı, hacim ve sıcaklıklı (NVT) ve sabit parçacık sayısı, basınç ve sıcaklıklı (NPT) topluluklarının kullanıldığı MD simülasyon metotları ile çalışılan BMG sistemlerinin erime noktaları hacim-sıcaklık, entalpi-sıcaklık, ısı sığası-sıcaklık değişim eğrileri gibi bazı enerjik eğrilerin ve yapısal olarak çiftler dağılım fonksiyonlarının (PDF), difüzyon, viskozite gibi sıvı karakteristik özellikleri incelenerek belirlenmiştir. Hesaplanan erime noktaları, PDF larının deneysel sonuçlar ile uyum içerisinde olduğu gözlenmiştir.Ayrıca tezde sistemlerin farklı soğutma oranları kullanılarak elde edilen kristalleşme davranışları ve camsı yapı oluşturma (GFA) yetenekleri geniş bir konsantrasyon aralığında sunulmuştur. Kristalleşme ve camsı geçiş sıcaklıklarını belirlemek için Wendt-Abraham parametresi kullanılmıştır. Soğutulmuş sıvı sistemlerin kinematiğini veren parametreleri de hesaplanmıştır. Cu ve Zr bazlı BMG sistemlerinin hesaplanan GFA yeteneklerinin, aynı sistemler için ölçülen deneysel sonuçlarla uyum içinde olduğu görülmüştür.Saf metallerin TB çok cisim potansiyellerinden bu tezde geliştirilen potansiyellerin BMG sistemlerinin atomik etkileşmelerini iyi tanımladığı ve yapısal, dinamik ve GFA gibi özelliklerini doğru bir şekilde açıklayabildiği görülmektedir.

Abstract:
In this thesis, several physical properties for pure Cu, Ti, Zr, Ag and Ni metals and multi-composite bulk metallic glassy (BMG) Cu-based Cu50Zr50-xTix (x=0-50), Cu60Zr40-xTix (x=0-40), Zr based Cu55-xZr45Agx (x=0-55), Zr-based Cu55-xZr45Agx (x=0-55) ternary alloys and Cu-based Cu-Ti-Zr-Ni quaternary alloys have been investigated with molecular dynamics simulation method. Temperature and alloy compositions effect on the physical properties of studied multicomponent BMG alloys have been determined during the heating and cooling processes. In MD simulations, a many-body tight binding (TB) potential has been applied to obtain an interactions between atomic species for binary alloys based on previously developed potentials for pure systems.The NPT and NVT ensembles with number of atoms N, pressure P, volume V and temperature T constant are used in MD calculations of BMG systems. The melting temperature of bulk system has been described by analyzing of characteristic properties of energetic curves, such as enthalpy-temperature, heat capacity-temperature and diffusion, viscosity, pair distribution function (PDF) known as key quantity for structure. It is observed that, the obtained results for melting temperatures and PDFs are in a good agreement with experimental data.Also,in this thesis, crystallization behaviour and glass forming ability (GFA) of the systems have been presented over a wide concentration range using different cooling rates in MD simulations. The Wendt-Abraham parameter is also used to define the crystallization and glass transition temperatures. Kinematic parameters of the systems were calculated in supercooled liquid region. It was demonstrated that the GFA results obtained for the Cu and Zr-based BMG systems, are in accordance with the experiments.TB many-body potentials first developed in this thesis are well-defined the interatomic interactions in BMG systems and explained properly the structural, dynamic properties and the GFA of the studied systems.