大塑性Zr62.4Cu14.4Ni9.6Al9.6Fe4块体金属玻璃的制备及塑性变形

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金属玻璃是指主要组成成分为金属元素且空间原子排布表现为短程有序、长程无序特点的非晶态合金。由于其独特的结构特点,它表现出优异的物理、化学、生物及力学机械性能,比如高的强度和硬度,高弹性和韧性以及耐腐蚀性能等。这些优异的特性使金属玻璃成为一种潜在的具有极大应用前景的新型功能材料,但由于剪切局域化和应变软化,室温下金属玻璃的变形高度集中在剪切带上,通常主剪切带会沿与加载载荷45°方向快速扩展,最终形成裂纹导致灾难性断裂,这极大的限制了金属玻璃的应用。研究表明金属玻璃的性能对成分极其敏感,通过元素掺杂这一种常见的冶金手段可以有效地改善金属玻璃的脆性这一致命缺点。因此,通过元素掺杂开发具有良好玻璃化形成能力,高强度且塑性优异的新型金属玻璃体系是很有意义的。同时对金属玻璃塑性变形中剪切带分布演化的定性、定量分析也有助于我们进一步理解金属玻璃的非均匀塑性变形。此外,变形后的金属玻璃剪切带相比于基体具有较低的原子密度,可以看作“玻璃-玻璃界面”,而当剪切带间距达到纳米尺度,将会得到一种新型材料“纳米玻璃”。这种在金属玻璃中引入大量剪切带的方法为制备完全致密的纳米玻璃提供了新思路。因此本实验通过研究纵横比,表面修饰等对金属玻璃剪切带数目及密度的影响,以期望探索得到制备纳米玻璃的最佳条件。  本文通过对脆性金属玻璃体系Zr65Cu15Ni10Al10进行成分调节,开发了兼具良好玻璃化形成能力,超大塑性和高硬度的新型金属玻璃Zr62.4Cu14.4Ni9.6Al9.6Fe4。研究了Fe添加对新型金属玻璃Zr62.4Cu14.4Ni9.6Al9.6Fe4玻璃化形成能力,塑性变形及硬度的影响。Fe掺杂后的Zr62.4Cu14.4Ni9.6Al9.6Fe4金属玻璃的约化玻璃转变温度Trg由0.559增加到0.575,δ参数从1.457增加到1.515,α参数从0.642增加到0.644。同时与Zr65Cu15Ni10Al10金属玻璃相比Zr62.4Cu14.4Ni9.6Al9.6Fe4金属玻璃的具有更高的屈服强度,超大塑性和高硬度,其屈服强度由原来的1572MPa提升到1688MPa,塑性变形由15.1%提升到77.4%,硬度由5.02GPa增加到5.29GPa。实验也探究了变形过程中剪切带的变化规律,结果表明随变形量的增加,剪切带数目增多,同时细微剪切带占总体剪切带比重增加,当样品应变量为77.4%时,平均剪切带间距达到最小值1.015μm。纵横比及表面修饰对样品剪切带分布的影响表明相同应变量Zr62.4Cu14.4Ni9.6Al9.6Fe4的剪切带密度随纵横比增加而增加,当纵横比为2.00时,变形57%样品的平均剪切带间距达到最小值2.019μm。腐蚀产生的表面处理对剪切带密度影响并不明显。
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